9.1.6 Tworzenie i nazwy gniazd

Nazwy gniazd

Struktury przechowujace nazwy gniazd gniazd

struct sockaddr 
{
   unsigned short sa_family;	/* rodzina adresow, AF_xxx          	    */
   char		  sa_data[14];	/* co najwyzej 14 bajtow addresu wlasciwego */
                                /* protokolu                                */ 
};

Dziedzina Internetu

/* Adres internetowy */
struct in_addr {
	__u32	s_addr;       /* 32 bitowy id.sieci/id.stacji  */
};

 

/* Struktura opisujaca adres Internetowy (IP) dla gniazd. */
#define __SOCK_SIZE__	16		/* sizeof(struct sockaddr)	*/
struct sockaddr_in {
  short int		sin_family;	/* Rodzina adresow		*/
  unsigned short int	sin_port;	/* Numer portu			*/
  struct in_addr	sin_addr;	/* Adres internetowy		*/

  /* Nieuzywany kawalek struktury sockaddr */
  unsigned char		__pad[__SOCK_SIZE__ - sizeof(short int) -
			sizeof(unsigned short int) - sizeof(struct in_addr)];
};

Dziedzina Unixa

#define UNIX_PATH_MAX	108        /* Maksymalna dlugosc sciezki -     */ 
                                   /* nazwy gniazda w dziedzinie Unixa */

/* Struktura opisujaca adres w dziedzinie Unixa. */ 
struct sockaddr_un {
	unsigned short sun_family;	/* AF_UNIX       */
	char sun_path[UNIX_PATH_MAX];	/* nazwa sciezki */
};

Ustanawianie nazwy gniazda - funkcja bind()

Gniazda tworzone za pomoca funkcji socket() sa anonimowe. Aby do gniazda mogly dotrzec jakies dane, wymagane jest przypisanie mu jednoznacznie identyfikujacej go nazwy (ang. binding), czyli adresu sieciowego komputera i numeru portu (w dziedzinie Internetu), badz nazwy sciezkowej (dziedzina Unixa). Do tego celu sluzy nastepujaca funkcja.

DEFINICJA: int bind(int fd, struct sockaddr *my_addr, int addrlen)
    WYNIK:  0 w przypadku sukcesu
           -1, gdy blad: errno = [bledy zglaszane na najwyzszym poziomie]
	                         EBADF         (fd nie jest poprawnym deskryptorem)    
	                         ENOTSOCK      (fd nie jest deskryptorem gniazda)
				 EADDRINUSE    (adres juz zarezerwowany
				                przez inne gniazdo)
				 EINVAL        (zla wartosc addrlen jako dlugosci adresu danej dziedziny,
					        gniazdo juz ma przypisany adres)
				
				 [bledy specyficzne dla AF_INET]
				 EADDRNOTAVAIL (podany adres nie jest osiagalny)
				 EACCES        (brak praw do uzywania podanego adresu,
				                np. proba uzycia zastrzezonego numeru portu 
						przez zwyklego uzytkownika)
                                                
				 [bledy specyficzne dla AF_UNIX]
				 EINOMEM       (brak pamieci na adres)
				 

Implementacja funkcji:

{
  if (fd nie jest poprawnym deskryptorem)  
     return -EBADF;
  if (deskryptor nie wskazuje na gniazdo)
     return -ENOTSOCK;
  wywolaj bind() z poziomu dziedzin;
}

Dziedzina Internetu: (plik: net/ipv4/af_inet.c)
int inet_bind(struct socket *sock, struct sockaddr *uaddr, int addr_len)
(sk oznacza wskaznik na strukture sock opisujaca gniazdo).

{
   if (zdefiniowana operacja bind na poziomie protokolow)
            wywolaj ja;                                                
   else {
     if (stan gniazda != TCP_CLOSE || 
         addr_len < sizeof(struct sockaddr_in)) return -EINVAL;
     /* Sprawdzanie numeru portu */
     if (podany numer portu == 0) 
	 znajdz wolny numer portu;    
     if (podany numer portu < PROT_SOCK a proces nie ma praw nadzorcy)
	 return -EACCES;
     }
     
     wywolaj funkcje ip_chk_addr(adres) (zdefiniowana w pliku
     net/ipv4/devinet.c) ktora sprawdza, czy podany adres jest
     rzeczywiscie adresem naszego komputera, czy tez jest adresem podsieci
     (uzywanym do broadcastingu lub multicastingu);

     jesli aktualny proces ma uprawnienia nadzorcy - pozwol mu przypisac
     gniazdu dowolny adres, zwykly uzytkownikowi moze tylko ustawic adres
     lokalny ( blad: EADDRNOTAVAIL );

     if (multi(broad)casting)
       sk->saddr = 0;         /* dajemy znac urzadzeniu sieciowemu */ 
     else
       sk->saddr = uaddr->sin_addr.s_addr;
       
     przechodz po liscie umieszczonej pod indeksem 
     numer portu mod SOCK_ARRAY_SIZE-1 w tablicy haszujacej sock_array;
     
     if (na liscie jest gniazdo o tym samym numerze portu bez ustawionej flagi reuse, 
         lub nasze gniazdo nie ma ustawionej flagi reuse)  
	     return -EADDRINUSE;
       
     ustaw nastepujace pola:
        dummy_th.source = numer portu;   (dummy_th jest neglowkiem tcp)  
	daddr = 0;
	dummy_th.dest = 0;

}

UWAGI:

#define PROT_SOCK     1024;

Dlaczego sie tek dzieje ?

Otoz po zamknieciu gniazda przy pomocy close() gniazdo nie jest natychmiast usuwane z tablicy haszujacej gniazd (opis struktur danych - rozdzial 9.1.2), tylko pozostaje w niej, zmieniajac jedynie swoj stan na TCP_TIME_WAIT. Podczas przesylania danych zdarza sie bowiem, ze przesylany komunikat zostanie uznany za zaginiony, a w rzeczywistosci bedzie przetrzymywany przez jakis router pomiedzy stacja zrodlowa a docelowa. Przed wyslaniem komunikatu w dalsza droge polaczenie moze zostac zamkniete przez strone oczekujaca na ,,zaginiony'' pakiet. Jesli natychmiast zostanie stworzone gniazdo na tym samym porcie, co przed chwila zamkniete, to moze sie zdarzyc, ze zawieruszony komunikat dotrze do nowego gniazda. Dlatego tez standartowo po stronie zamykajacej polaczenie gniazdo pozostaje w stanie TCP_TIME_WAIT przez czas okreslony stala (zdefiniowana w pliku: include/net/tcp.h)

#define TCP_TIMEWAIT_LEN (60*Hz) /* Czyli 60 sek.  */

Istnieje jednak mozliwosc wymuszenia przydzielania gniazdu numeru zablokownego portu, opisana w rozdziale 9.1.5 o opcjach gniazd (opcja SO_REUSEADDR). Uzywanie tej opcji moze byc jednak niebezpieczne - narazamy sie na otrzymanie smieci z powodow opisanych powyzej.

Dziedzina Unixa (plik:net/unix/af_unix.c)
static int unix_bind(struct socket *sock, struct sockaddr *uaddr, int addrlen)

{
   if (nazwa gniazda != NULL || zla wartosc addrlen)  
     return -EINVAL;    	
   zakoncz NULL'em podana nazwe sciezki;
	
   if(przydzielony i-wezel w filesystemie dla gniazda)
     return -EINVAL;                       /* Mamy juz przydzielona nazwe */
		
   zapisz nazwe sciezki w polu protinfo.af_unix.name struktury sock;
   utworz plik specjalny o podanej nazwie; /* funkcja mknod               */
   znajdz odpowiadajacy mu i-wezel;        /* funkcja namei               */
   umiesc wskaznik na utworzony i-wezel w polu protinfo.af_unix.inode;
   return 0;
}

Pobieranie nazw gniazd

Funkcja getsockname()

Przekazuje nazwe zwiazana z gniazdem poprzez asocjacje. Dzieki niej mozna poznac numer portu automatycznie przydzielony prez system.

DEFINICJA: int getsockname(int fd, struct sockaddr *sockaddr, int *sockaddrlen)
    WYNIK:  0 w przypadku sukcesu
           -1 gdy blad: errno = EBADF    (fd nie jest deskkryptorem)
	                        ENOTSOCK (deskryptor fd nie wskazuje na gniazdo)
	                        
    

Implementacja:

Jest oczywista. Dzialanie funkcji sprowadza sie do zwrocenia danych zapisanych w polach struktury sock:

W dziedzinie Internetu adres przechowywany jest w polach rcv_addr i saddr (moze go tam nie byc jesli gniazdo jest dopiero co stworzone, wtedy pobierany jest adres komputera z warstwy IP). Numer portu zapisany jest w polu dummy_th.source.

W dziedzinie Unixa lancuch bedacy nazwa gniazda pamietany jest w polu protoinfo.af_unix.name struktury sock.

Funkcja getpeername()

DEFINICJA: int getpeername(int fd, struct sockaddr *peeraddr, int *peeraddrlen)
    WYNIK:  0 w przypadku sukcesu
           -1 gdy blad: errno = EBADF    (fd nie jest deskkryptorem)
	                        ENOTSOCK (deskryptor fd nie wskazuje na gniazdo)
	                        ENOTCONN (brak polaczenia)

Implementacja:

W dziedzinie Internetu numer portu procesu odleglego przechowywany jest w polu dummy_th.dest, zas jego adres w polu daddr. (Wartosci tych pol sa ustawiane podczas nawiazywania polaczen).

W dziedzinie Unixa pobieramy nazwe gniazdka partnera odwolujac sie do niego bezposrednio (pole protinfo.af_unix.other struktury sock wskazuje na gniazdo, z ktorym jestesmy polaczeni).

Bibliografia

1. Pliki zrodlowe Linuxa:
   • include/linux/net.h (struktury: socket, proto_ops oraz definicje stalych)
   • include/net/sock.h (definicje struktur sock i proto)
   • net/socket.h (definicja struktury sockaddr)
   • net/socket.c (implementacja funkcji systemowych - najwyzszy poziom)
   • net/ipv4/af_inet.c (implementacja funkcji systemowych - dziedzina Internetu)
   • net/unix/af_unix.c (implementacja funkcji systemowych - dziedzina Unixa)
2. W. Richard Stevens: "Programowanie zastosowan sieciowych w systemie Unix"
3. M. Gabassi, B. Dupouy: "Przetwarzanie rozproszone w systemie UNIX"
4. Dokumentacja Linuxa 2.0.0 - strony man oraz pliki info
5. Vic Metcalfe, Andrew Gierth: "Programming sockets in C - FAQ"