Reti di calcolatori - Socket

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Punto di contatto fra programmi nella rete.

Sockaddr

Struttura che contiene le informazioni necessarie per identificare un processo in una rete.

IPv4

struct sockaddr_in {
    sa_family_t sin_family;    // AF_INET
    in_port_t sin_port;        // Porta di destinazione
    struct in_addr sin_addr;   // Indirizzo IPv4 di destinazione
    unsigned char sin_zero[8]; // Byte riservati
};

IPv6

struct sockaddr_in6 {
    sa_family_t sin6_family;   // AF_INET6
    in_port_t sin6_port;       // Porta di destinazione
    uint32_t sin6_flowinfo;    // Informazioni di flusso
    struct in6_addr sin6_addr; // Indirizzo IPv6 di destinazione
    uint32_t sin6_scope_id;    // Identificatore di scope
};

Da notare che se si usa un indirizzo IPv6 link local, quelli fe80::/10, è necessario popolare l'indicatore di scope con l'indice dell'interfaccia di rete che si vuole usare. In caso contrario, deve essere impostato a 0.

Popolare sockaddr_in

struct sockaddr_in addr4;
socklen_t addrlen = sizeof(addr4);

// memset() per impostare tutti i byte a 0
memset(&addr4, 0, addrlen);
addr4.sin_family = AF_INET;
// htons() per la conversione da host a network byte order
addr4.sin_port = htons(8080);
// inet_addr() per la conversione da stringa a bytes
addr4.sin_addr.s_addr = inet_addr("10.0.0.1");
// oppure
inet_pton(AF_INET, "10.0.0.1", &addr4.sin_addr);
// oppure, per accettare tutte le connessioni al server
addr4.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;

Popolare sockaddr_in6

struct sockaddr_in6 addr6;
socklen_t addrlen = sizeof(addr6);

// memset() per impostare tutti i byte a 0
memset(&addr6, 0, addrlen);
addr6.sin6_family = AF_INET6;
// htons() per la conversione da host a network byte order
addr6.sin6_port = htons(8080);
// inet_pton() per la conversione da stringa a bytes
inet_pton(AF_INET6, "2001:db8::1", &addr6.sin6_addr);
// oppure, per accettare tutte le connessioni al server
addr6.sin6_addr = in6addr_any;
// se si sta usando un ip link local
addr6.sin6_scope_id = if_nametoindex("enp0s3"); // o direttamente l'id numerico

Usare getaddrinfo

struct addrinfo hints, *res;

memset(&hints, 0, sizeof(hints));
hints.ai_family = AF_UNSPEC; // AF_INET o AF_INET6 per IPv4 o IPv6
hints.ai_socktype = SOCK_STREAM; // SOCK_STREAM o SOCK_DGRAM
// Si possono aggiungere varie flag in bitwise or per essere più specifici
hints.ai_flags = AI_PASSIVE; // l'indirizzo verrà usato per una bind

// getaddrinfo() per ottenere una lista di indirizzi
getaddrinfo("10.0.0.1", "8080", &hints, &res);

// res contiene un array di risultati
// res->ai_addr contiene il primo indirizzo
// res->ai_next contiene il puntatore al prossimo risultato

UDP

Protocollo di trasporto non orientato alla connessione.

Permette di inviare e ricevere messaggi con pochissimo overhead, senza però fornire garanzie rispetto alla consegna di questi ultimi.

Funzioni chiave: socket()

int socket(int domain, int type, int protocol);
  • domain: dominio di comunicazione:
    • AF_INET per IPv4
    • AF_INET6 per IPv6
  • type: tipo di comunicazione:
    • SOCK_STREAM per TCP
    • SOCK_DGRAM per UDP
  • protocol: protocollo di comunicazione:
    • 0 per il protocollo di default
    • IPPROTO_TCP per TCP
    • IPPROTO_UDP per UDP

Funzioni chiave: bind()

int bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);
  • sockfd: descrittore di file della socket su cui fare la bind
  • addr: indirizzo a cui fare la bind
  • addrlen: dimensione della struttura addr in bytes

Funzioni chiave: recvfrom()

ssize_t recvfrom(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags, struct sockaddr *src_addr, socklen_t *addrlen);
  • sockfd: descrittore di file della socket da cui ricevere i dati
  • buf: buffer in cui salvare i dati ricevuti
  • len: dimensione del buffer in bytes
  • flags: flag di ricezione:
    • 0 per le flag di default
    • MSG_WAITALL per attendere la ricezione di tutti i dati
    • MSG_DONTWAIT per non attendere la ricezione di tutti i dati
  • src_addr: indirizzo del mittente
  • addrlen: dimensione della struttura src_addr in bytes

Funzioni chiave: sendto()

ssize_t sendto(int sockfd, const void *buf, size_t len, int flags, const struct sockaddr *dest_addr, socklen_t addrlen);
  • sockfd: descrittore di file della socket su cui inviare i dati
  • buf: buffer contenente i dati da inviare
  • len: dimensione del buffer in bytes
  • flags: flag di invio:
    • 0 per le flag di default
    • MSG_CONFIRM per richiedere una conferma di ricezione
    • MSG_DONTWAIT per non attendere la conferma di ricezione
  • dest_addr: indirizzo del destinatario
  • addrlen: dimensione della struttura dest_addr in bytes

Funzioni chiave: close()

int close(int sockfd);
  • sockfd: descrittore di file della socket da chiudere

Sequenza di operazioni

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Diagramma di sequenza

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TCP

Protocollo di trasporto orientato alla connessione.

Offre delle garanzie rispetto alla consegna dei messaggi, gestendo eventuali errori o perdite, ma ha un overhead maggiore rispetto a UDP.

Funzioni chiave: socket()

int socket(int domain, int type, int protocol);
  • domain: dominio di comunicazione:
    • AF_INET per IPv4
    • AF_INET6 per IPv6
  • type: tipo di comunicazione:
    • SOCK_STREAM per TCP
    • SOCK_DGRAM per UDP
  • protocol: protocollo di comunicazione:
    • 0 per il protocollo di default
    • IPPROTO_TCP per TCP
    • IPPROTO_UDP per UDP

Funzioni chiave: bind()

int bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);
  • sockfd: descrittore di file della socket su cui fare la bind
  • addr: indirizzo a cui fare la bind
  • addrlen: dimensione della struttura addr in bytes

Funzioni chiave: listen()

int listen(int sockfd, int backlog);
  • sockfd: descrittore di file della socket da cui accettare le connessioni
  • backlog: numero massimo di connessioni in attesa di essere accettate

Funzioni chiave: accept()

int accept(int sockfd, struct sockaddr *addr, socklen_t *addrlen);
  • sockfd: descrittore di file della socket da cui accettare le connessioni
  • addr: indirizzo del mittente
  • addrlen: dimensione della struttura addr in bytes

Funzioni chiave: connect()

int connect(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);
  • sockfd: descrittore di file della socket che verrà usata in questa connessione
  • addr: indirizzo del destinatario
  • addrlen: dimensione della struttura addr in bytes

Funzioni chiave: recv() e send()

ssize_t recv(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags);
ssize_t send(int sockfd, const void *buf, size_t len, int flags);
  • sockfd: descrittore di file della socket a cui si è connessi
  • buf: buffer in cui salvare i dati ricevuti/da inviare
  • len: dimensione del buffer in bytes
  • flags: flag di ricezione/invio:
    • 0 per le flag di default
    • MSG_WAITALL per attendere la ricezione di tutti i dati
    • MSG_DONTWAIT per non attendere la ricezione di tutti i dati

Funzioni chiave: close()

int close(int sockfd);
  • sockfd: descrittore di file della socket da chiudere

Sequenza di operazioni

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Diagramma di sequenza

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Challenge