Socket di Rete

Socket: cosa sono e come funzionano

Un socket è oggetto software che permette l’invio e la ricezione di dati, tra host remoti (tramite una rete) o tra processi locali (Inter-Process Communication).
Più precisamente, il concetto di socket si basa sul modello Input/Output su file di Unix, quindi sulle operazioni di open, read, write e close; l’utilizzo, infatti, avviene secondo le stesse modalità, aggiungendo i parametri utili alla comunicazione, quali indirizzi, numeri di porta e protocolli.

Socket locali e remoti in comunicazione, formano una coppia (pair), composta da indirizzo e porta di client e server; tra di loro c’è una connessione logica.
Solitamente i sistemi operativi forniscono delle API per permettere alle applicazioni di controllare e utilizzare i socket di rete.

Possiamo vedere i socket come degli intermediari tra il livello applicazione e di trasporto nello stack TCP/IP.
Infatti la funzione dei socket è quella di indirizzamento dei processi.

Formato di un Socket Address

Dato che sui sistemi interlocutori possono esserci molti processi, bisogna avere un modo per indirizzare precisamente il processo con cui si sta dialogando.
Per questo si usano le porte: dei numeri che identificano i processi in esecuzione.

Gli interlocutori, quindi, memorizzano indirizzo e porta della controparte, in un indirizzo socket, formato così:

  • Indirizzo IP: 32 bit;
  • Numero di porta: 16 bit.

I numeri di porta sono stati definiti dalla IANA, e si dividono in:

  • Well-known (riservate a protocolli specifici): 20, 23, 25, 80, 110,…;
  • Non usate: 0;
  • Riservate per processi well-known: 1-255;
  • Riservate per altri processi: 256-1023;
  • Altre applicazioni: 1024-65535;

Normalmente i numeri di porta assegnati ai processi (non well-known) sono a discrezione del sistema operativo.
Si dice che il sistema operativo assegna delle porte effimere.

Famiglie di socket

I tipi di protocolli utilizzati dal socket, ne definiscono la famiglia (o dominio). Possiamo distinguere, ad esempio, due importanti famiglie:

  • AF_INET: comunicazione tra host remoti, tramite Internet;
  • AF_UNIX: comunicazione tra processi locali, su macchine Unix. Questa famiglia è anche chiamata Unix Domain Socket.

Tipi di socket

All’interno della famiglia possiamo distinguere il tipo di socket, a seconda della modalità di connessione. Abbiamo:

  • Stream socket: orientati alla connessione (connection-oriented), basati su protocolli affidabili come TCP o SCTP;
  • Datagram socket: non orientati alla connessione (connectionless), basati sul protocollo veloce ma inaffidabile UDP;
  • Raw socket (raw IP): il livello di trasporto viene bypassato, e l’header è accessibile al livello applicativo.

Stream Socket

Essendo basati su protocolli a livello di trasporto come TCP, garantiscono una comunicazione affidabile, full-duplex, orientata alla connessione, e con un flusso di byte di lunghezza variabile.

La comunicazione mediante questo socket, si compone di queste fasi:

#1 – Creazione dei socket

Client e server creano i loro rispettivi socket, e il server lo pone in ascolto su una porta.Fasi della connessione con uno Stream Socket
Dato che il server può creare più connessioni con client diversi (ma anche con lo stesso), ha bisogno di una coda per gestire le varie richieste.

#2 – Richiesta di connessione

Il client effettua una richiesta di connessione verso il server.
Da notare che possiamo avere due numeri di porta diversi, perchè una potrebbe essere dedicata solo al traffico in uscita, l’altra solo in entrata; questo dipende dalla configurazione dell’host.
In sostanza, non è detto che la porta locale del client coincida con quella remota del server

Il server riceve la richiesta e, nel caso in cui sia accettata, viene creata una nuova connessione.

#3 – Comunicazione

Ora client e server comunicano attraverso un canale virtuale, tra il socket del primo, ed uno nuovo del server, creato appositamente per il flusso dei dati di questa connessione: data socket.
In fede di quanto accennato nella prima fase, il server crea il data socket perchè il primo serve esclusivamente alla gestione delle richieste.
È possibile, quindi, che ci siano molti client a comunicare con il server, ciascuno verso il data socket creato dal server per loro.

#4 – Chiusura della connessione

Essendo il TCP un protocollo orientato alla connessione, quando non si ha più la necessità di comunicare, il client lo comunica al server, che ne deistanzia il data socket.
La connessione viene così chiusa.

Datagram Socket

Sono basati su UDP, un protocollo a livello di trasporto che garantisce comunicazioni a bassa latenza (ideali per videochat, ad esempio), a discapito dell’affidabilità dei dati. Non esiste, infatti, controllo di flusso (ordinamento dei datagrammi e controllo degli errori).Fasi della comunicazione con un Datagram Socket

Dato che l’UDP non è un protocollo orientato alla connessione, non esiste la fase di connessione vista poco fa, ma il client comunica direttamente con il server, quando vuole.

#1 – Creazione dei socket

Come nel tipo precedente, client e server creano i loro rispettivi socket, e il server lo pone in ascolto su una porta.
Il socket del server, stavolta, non ha bisogno di una coda, in quanto i dati in entrata e in uscita non devono essere circoscritti all’interno di una connessione, quindi la comunicazione con diversi client si svolte sulla stessa interfaccia.

#2 – Invio dei dati

Il client invia direttamente i datagrammi al server. Anche in questo caso vale quanto detto in precedenza riguardo i numeri di porta.

#3 – Risposta del server

Il server manda al client un eventuale risposta e una notifica di avvenuta ricezione dei dati, e lo invita ad inviarne i successivi.
La comunicazione è, dunque, costituita da un loop che dura finchè ci sono dati da inviare e, ovviamente, finchè gli host sono raggiungibili.

Raw Socket

Questo tipo permette l’invio di dati tramite un protocollo a livello di trasporto, mantenendo accessibile l’header dei pacchetti (o datagrammi, in caso di UDP).
Vengono usati per lo sviluppo di protocolli o per applicazioni di sicurezza e diagnostica di rete, e non sono trattati in questo articolo.

 

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Davide

Fondatore ed Autore at FortyZone
Diplomato nel 2015 in Informatica. Studio Informatica alla Sapienza di Roma. Ho diversi interessi e passioni, tra cui musica, cinema, sviluppo software e web, SEO e digital marketing. Ah, suono il basso.