Continued data model docs.
[doldaconnect.git] / doc / protocol / protocol.tex
1 \documentclass[twoside,a4paper,11pt]{article}
2
3 \usepackage[T1]{fontenc}
4 \usepackage[utf8x]{inputenc}
5 \usepackage[ps2pdf]{hyperref}
6 \usepackage{reqlist}
7 \usepackage{longtable}
8
9 \newcommand{\urlink}[1]{\texttt{<\url{#1}>}}
10 \newcommand{\unix}{\textsc{Unix}}
11
12 \title{Dolda Connect protocol}
13 \author{Fredrik Tolf\\\texttt{<fredrik@dolda2000.com>}}
14
15 \begin{document}
16
17 \maketitle
18
19 \tableofcontents
20
21 \section{Introduction}
22 Dolda Connect consists partly of a daemon (a.k.a. server) that runs in
23 the background and carries out all the actual work, and a number of
24 client programs (a.k.a. user interfaces) that connect to the daemon in
25 order to tell it what to do. In order for the daemon and the clients
26 to be able to talk to each other, a protocol is needed. This document
27 intends to document that protocol, so that third parties can write
28 their own client programs.
29
30 It is worthy of note that there exists a library, called
31 \texttt{libdcui}, that carries out much of the low level work of
32 speaking the protocol, facilitating the creation of new client
33 programs. In itself, \texttt{libdcui} is written in the C programming
34 language and is intended to be used by other programs written in C,
35 but there also exist wrapper libraries for both GNU Guile (the GNU
36 project's Scheme interpreter) and for Python. The former is
37 distributed with the main Dolda Connect source tree, while the latter
38 is distributed separately (for technical reasons). To get a copy,
39 please refer to Dolda Connect's homepage:
40
41 \urlink{http://www.dolda2000.com/~fredrik/doldaconnect/}
42
43 \section{Transport format}
44 Note: Everything covered in this section is handled by the
45 \texttt{libdcui} library. Thus, if you read this because you just want
46 to write a client, and are using the library (or any of the wrapper
47 libraries), you can safely skip over this section. It may still be
48 interesting to read in order to understand the semantics of the
49 protocol, however.
50
51 The protocol can be spoken over any channel that features a
52 byte-oriented, reliable virtual (or not) circuit. Usually, it is
53 spoken over a TCP connection or a byte-oriented \unix\ socket. The
54 usual port number for TCP connections is 1500, but any port could be
55 used\footnote{However, port 1500 is what the \texttt{libdcui} library
56   uses if no port is explicitly stated, so it is probably to be
57   preferred}.
58
59 \subsection{Informal description}
60
61 On top of the provided byte-oriented connection, the most basic level
62 of the protocol is a stream of Unicode characters, encoded with
63 UTF-8. The Unicode stream is then grouped in two levels: lines
64 consisting of words (a.k.a. tokens). Lines are separated by CRLF
65 sequences (\emph{not} just CR or LF), and words are separated by
66 whitespace. Both whitespace and CRLFs can be quoted, however,
67 overriding their normal interpretation of separators and allowing them
68 to be parts of words. NUL characters are not allowed to be transferred
69 at all, but all other Unicode codepoints are allowed.
70
71 Lines transmitted from the daemon to the client are slightly
72 different, however. They all start with a three-digit code, followed
73 by either a space or a dash\footnote{Yes, this is inspired by FTP and
74   SMTP.}, followed by the normal sequence of words. The three-digit
75 code identifies that type of line. Overall, the protocol is a
76 lock-step protocol, where the clients sends one line that is
77 interpreted as a request, and the daemon replies with one or more
78 lines. In a multi-line response, all lines except the last have the
79 three-digit code followed by a dash. The last line of a multi-line
80 response and the only line of a single-line response have the
81 three-digit code followed by a space. All lines of a multi-line
82 response have the same three-digit code. The client is not allowed to
83 send another request until the last line of the previous response has
84 been received. The exception is that the daemon might send (but only
85 if the client has requested it to do so) sporadic lines of
86 asynchronous notification messages. Notification message lines are
87 distinguished by having their three-digit codes always begin with the
88 digit 6. Otherwise, the first digit of the three-digit code indicates
89 the overall success or failure of a request. Codes beginning with 2
90 indicate the the request to which they belong succeeded. Codes
91 beginning with 3 indicate that the request succeeded in itself, but
92 that it is considered part of a sequence of commands, and that the
93 sequence still requires additional interaction before considered
94 successful. Codes beginning with 5 are indication of errors. The
95 remaining two digits merely distinguish between different
96 outcomes. Note that notification message lines may come at \emph{any}
97 time, even in the middle of multiline responses (though not in the
98 middle of another line). There are no multiline notifications.
99
100 The act of connecting to the daemon is itself considered a request,
101 solicitating a success or failure response, so it is the daemon that
102 first transmits actual data. A failure response may be provoked by a
103 client connecting from a prohibited source.
104
105 Quoting of special characters in words may be done in two ways. First,
106 the backslash character escapes any special interpretation of the
107 character that comes after it, no matter where or what the following
108 character is (it is not required even to be a special
109 character). Thus, the only way to include a backslash in a word is to
110 escape it with another backslash. Second, any interpretation of
111 whitespace may be escaped using the citation mark character (only the
112 ASCII one, U+0022 -- not any other Unicode quotes), by enclosing a
113 string containing whitespace in citation marks. (Note that the citation
114 marks need not necessarily be placed at the word boundaries, so the
115 string ``\texttt{a"b c"d}'' is parsed as a single word ``\texttt{ab
116   cd}''.) Technically, this dual layer of quoting may seem like a
117 liability when implementing the protocol, but it is quite convenient
118 when talking directly to the daemon with a program such as
119 \texttt{telnet}.
120
121 \subsection{Formal description}
122
123 Formally, the syntax of the protocol may be defined with the following
124 BNF rules. Note that they all operate on Unicode characters, not bytes.
125
126 \begin{longtable}{lcl}
127 <session> & ::= & <SYN> <response> \\
128  & & | <session> <transaction> \\
129  & & | <session> <notification> \\
130 <transaction> & ::= & <request> <response> \\
131 <request> & ::= & <line> \\
132 <response> & ::= & <resp-line-last> \\
133  & & | <resp-line-not-last> <response> \\
134  & & | <notification> <response> \\
135 <resp-line-last> & ::= & <resp-code> <SPACE> <line> \\
136 <resp-line-not-last> & ::= & <resp-code> <DASH> <line> \\
137 <notification> & ::= & <notification-code> <SPACE> <line> \\
138 <resp-code> & ::= & ``\texttt{2}'' <digit> <digit> \\
139  & & | ``\texttt{3}'' <digit> <digit> \\
140  & & | ``\texttt{5}'' <digit> <digit> \\
141 <notification-code> & ::= & ``\texttt{6}'' <digit> <digit> \\
142 <line> & ::= & <CRLF> \\
143  & & | <word> <ws> <line> \\
144 <word> & ::= & <COMMON-CHAR> \\
145  & & | ``\texttt{$\backslash$}'' <CHAR> \\
146  & & | ``\texttt{"}'' <quoted-word> ``\texttt{"}'' \\
147  & & | <word> <word> \\
148 <quoted-word> & ::= & ``'' \\
149  & & | <COMMON-CHAR> <quoted-word> \\
150  & & | <ws> <quoted-word> \\
151  & & | ``\texttt{$\backslash$}'' <CHAR> <quoted-word> \\
152 <ws> & ::= & <1ws> | <1ws> <ws> \\
153 <1ws> & ::= & <SPACE> | <TAB> \\
154 <digit> & ::= & ``\texttt{0}'' |
155 ``\texttt{1}'' | ``\texttt{2}'' |
156 ``\texttt{3}'' | ``\texttt{4}'' \\
157 & & | ``\texttt{5}'' | ``\texttt{6}'' |
158 ``\texttt{7}'' | ``\texttt{8}'' |
159 ``\texttt{9}''
160 \end{longtable}
161
162 As for the terminal symbols, <SPACE> is U+0020, <TAB> is U+0009,
163 <CRLF> is the sequence of U+000D and U+000A, <DASH> is U+002D, <CHAR>
164 is any Unicode character except U+0000, <COMMON-CHAR> is any
165 Unicode character except U+0000, U+0009, U+000A, U+000D, U+0020,
166 U+0022 and U+005C, and <SYN> is the out-of-band message that
167 establishes the communication channel\footnote{This means that the
168   communication channel must support such a message. For example, raw
169   RS-232 would be hard to support.}. The following constraints also
170 apply:
171 \begin{itemize}
172 \item <SYN> and <request> must be sent from the client to the daemon.
173 \item <response> and <notification> must be sent from the daemon to
174   the client.
175 \end{itemize}
176 Note that the definition of <word> means that the only way to
177 represent an empty word is by a pair of citation marks.
178
179 In each request line, there should be at least one word, but it is not
180 considered a syntax error if there is not. The first word in each
181 request line is considered the name of the command to be carried out
182 by the daemon. An empty line is a valid request as such, but since no
183 matching command, it will provoke the same kind of error response as
184 if a request with any other non-existing command were sent. Any
185 remaining words on the line are considered arguments to the command.
186
187 \section{Data model}
188
189 The main purpose of the protocol is to communicate the current state
190 of the daemon to the client and keep it synchronized. Therefore, in
191 order to understand the actions of the individual requests, an
192 understanding of the data structures that define the current state is
193 fundamental. The intent of this section is document those structures
194 in a top-down approach.
195
196 \subsection{Filesharing network}
197 \label{fnet}
198 At the heart of the Dolda Connect daemon lies the abstraction of a
199 file sharing network, often abbreviated ``filenet'' or ``fnet''. To
200 the daemon, a filenet is a software module that speaks a certain
201 filesharing protocol, such as the Direct Connect protocol. A client
202 program will never interact directly with any filenet module, but it
203 is often important to know that there are several filenet
204 modules\footnote{Actually, at the time of this writing, that is false,
205   as only the Direct Connect protocol is implemented. However, the
206   protocol still requires it explicitly stated at several occasions,
207   and it is nonetheless important to keep in mind that there
208   \emph{could} be several filenet modules. Also, work is under way to
209   implement ADC, the ``official'' successor to the Direct Connect
210   protocol.}. The only detail visible to clients about a filenet is
211 its name. The currently implemented filenet modules are listed in
212 section \ref{fnets}, along with important information about each.
213
214 \subsection{Filenet node}
215 \label{fnetnode}
216 The filenet node, often abbreviated ``fnetnode'', corresponds closely
217 to the Direct Connect concept of a ``hub''. In world outside of Dolda
218 Connect abstractions, it is a server running software that other users
219 connect to and communicate through. A fnetnode always belongs to a
220 filenet, and its substructure consists of its ID number, name,
221 connection state, persistent ID and user list.
222
223 When a fnetnode is created, it is assigned an ID number, which is used
224 to refer to it in subsequent requests. The ID number is guaranteed to
225 be unique so long as the Dolda Connect daemon runs. The persistent ID,
226 in contrast, is intended to be unique for as long as the server lives
227 (but it is not perfect). The ``name'' of the fnetnode is the name that
228 the server states. Note that the name cannot be used as a persistent
229 ID at all, since server owners frequently change the name. Hopefully,
230 the name means something to the end user.
231
232 The connection state can take four values, referred to as
233 \texttt{syn}, \texttt{hs}, \texttt{est} and \texttt{dead}, and a
234 fnetnode proceeds along that order during its lifetime. It begins in
235 the \texttt{syn} state, and remains there while the Dolda Connect
236 daemon attempts to establish a network connection to it. When the
237 network connection is established, it enters the \texttt{hs} state,
238 where it remains while the initial protocol handshake is being carried
239 out. It then enters the \texttt{est} state, where it remains for as
240 long as it is connected. It only enters the \texttt{dead} state when
241 the network connection between Dolda Connect and the server is
242 severed. In essence, the fnetnode is usable while in the \texttt{est}
243 state.
244
245 The user list is the list of other users connected to the same
246 server. It consists of a set of attribute definitions and a list of
247 users objects.
248
249 \subsubsection{User objects}
250 A user object represents a single user connected to a file-sharing
251 server. Its substructure comprises an ID, a screen name and a number
252 of key-value mappings.
253
254 The namespace of a user ID is the filenet which its owning fnetnode
255 belongs to. The intention is that there should be a one-to-one mapping
256 between (filenet, user ID) pairs and real humans. However, that ideal
257 situation does not always hold true. First, real humans may choose to
258 allocate several IDs for themselves (one reason to do so would be
259 privacy). Second, lesser protocols, such as the Direct Connect
260 protocol, cannot guarantee that a single ID cannot map to more than
261 one real human. Strictly, a single ID can only be guaranteed to map to
262 one real human within the scope of a fnetnode.
263
264 The screen name of a user is the name that the user has chosen to be
265 displayed for others to identify. It may change arbitrarily over the
266 lifetime of a user ID. It is probably more human readable than the
267 user ID\footnote{Although, the Direct Connect protocol implementation
268   uses a user's screen name as the user ID.}.
269
270 The key-value mappings represent arbitrary attributes that are
271 associated with a user object. Exactly what attributes are available
272 differ between different filenets and fnetnodes.
273
274 \subsubsection{Attribute definitions}
275 The attributes associated with a user object have a key, a value, and
276 a value domain (or datatype, if you will). In order to save network
277 bandwidth when transferring a user list, the value domain for
278 attributes is not transferred along with the user list. Instead, a
279 list of possible keys and their value domains is requested
280 separately. The value domains defined as of this writing are integers,
281 long integers and strings. The difference between
282 an integer and a long integer is that the former must fit in a 32-bit
283 variable\footnote{Yes, long integers are an ugly hack to
284   facilitate C implementations.}.
285
286 As mentioned above, the available attributes will differ between
287 different filenets and fnetnodes, but there are a number of standard
288 ones, which are listed in table \ref{tab:std-attrs}. Note that being
289 standard does not mean that they will always be present -- only that
290 they will have the same meaning anywhere they actually are present.
291
292 \begin{table}
293   \begin{longtable}{ll|p{3in}}
294     Name & Domain & Description \\
295     \hline
296     \texttt{descr} & String &
297     A description entered by the user to
298     describe herself, or, more probably, the files she is sharing.
299     \\
300     \texttt{email} & String &
301     The user's email address. Few users will
302     probably fill this in honestly, but it is defined nonetheless.
303     \\
304     \texttt{share} & Longint &
305     The total number of bytes the user is sharing.
306   \end{longtable}
307   \caption{The standard user attributes}
308   \label{tab:std-attrs}
309 \end{table}
310
311 \subsection{Transfer}
312 \label{transfer}
313 Obviously, the main purpose of the daemon is to actually transfer
314 files.
315
316 \section{Requests}
317
318 For each arriving request, the daemon checks so that the request
319 passes a number of tests before carrying it out. First, it matches the
320 name of the command against the list of known commands to see if the
321 request calls a valid command. If the command is not valid, the daemon
322 sends a reponse with code 500. Then, it checks so that the request has
323 the minimum required number of parameters for the given command. If it
324 does not, it responds with a 501 code. Last, it checks so that the
325 user account issuing the request has the necessary permissions to have
326 the request carried out. If it does not, it responds with a 502
327 code. After that, any responses are individual to the command in
328 question. The intention of this section is to list them all.
329
330 \subsection{Permissions}
331
332 As for the permissions mentioned above, it is outside the scope of
333 this document to describe the administration of
334 permissions\footnote{Please see the \texttt{doldacond.conf(5)} man
335   page for more information on that topic.}, but as some commands
336 require certain permission, they need at least be specified. When a
337 connection is established, it is associated with no permissions. At
338 that point, only requests that do not require any permissions can be
339 successfully issued. Normally, the first thing a client would do is to
340 authenticate to the daemon. At the end of a successful authentication,
341 the daemon associates the proper permissions with the connection over
342 which authentication took place. The possible permissions are listed
343 in table \ref{tab:perm}.
344
345 \begin{table}
346   \begin{tabular}{rl}
347     Name & General description \\
348     \hline
349     \texttt{admin} & Required for all commands that administer the
350     daemon. \\
351     \texttt{fnetctl} & Required for all commands that alter the state of
352     connected hubs. \\
353     \texttt{trans} & Required for all commands that alter the state of
354     file transfers. \\
355     \texttt{transcu} & Required specifically for cancelling uploads. \\
356     \texttt{chat} & Required for exchanging chat messages. \\
357     \texttt{srch} & Required for issuing and querying searches. \\
358   \end{tabular}
359   \caption{The list of available permissions}
360   \label{tab:perm}
361 \end{table}
362
363 \subsection{Protocol revisions}
364 \label{rev}
365 Since Dolda Connect is developing, its command set may change
366 occasionally. Sometimes new commands are added, sometimes commands
367 change argument syntax, and sometimes commands are removed. In order
368 for clients to be able to cleanly cope with such changes, the protocol
369 is revisioned. When a client connects to the daemon, the daemon
370 indicates in the first response it sends the range of protocol
371 revisions it supports, and each command listed below specifies the
372 revision number from which its current specification is valid. A
373 client should should check the revision range from the daemon so that
374 it includes the revision that incorporates all commands that it wishes
375 to use.
376
377 Whenever the protocol changes at all, it is given a new revision
378 number. If the entire protocol is backwards compatible with the
379 previous version, the revision range sent by the server is updated to
380 extend forward to the new revision. If the protocol in any way is not
381 compatible with the previous revision, the revision range is moved
382 entirely to the new revision. Therefore, a client can check for a
383 certain revision and be sure that everything it wants is supported by
384 the daemon.
385
386 At the time of this writing, the latest protocol revision is 2. Please
387 see the file \texttt{doc/protorev} that comes with the Dolda Connect
388 source tree for a full list of revisions and what changed between
389 them.
390
391 \subsection{List of commands}
392
393 Follows does a (hopefully) exhaustive listing of all commands valid
394 for a request. For each possible request, it includes the name of the
395 command for the request, the permissions required, the syntax for the
396 entire request line, and the possible responses.
397
398 The syntax of the request and response lines is described in a format
399 like that traditional of \unix\ man pages, with a number of terms,
400 each corresponding to a word in the line. Each term in the syntax
401 description is either a literal string, written in lower case; an
402 argument, written in uppercase and meant to be replaced by some other
403 text as described; an optional term, enclosed in brackets
404 (``\texttt{[}'' and ``\texttt{]}''); or a list of alternatives,
405 enclosed in braces (``\texttt{\{}'' and ``\texttt{\}}'') and separated
406 by pipes (``\texttt{|}''). Possible repetition of a term is indicated
407 by three dots (``\texttt{...}''), and, for the purpose of repition,
408 terms may be groups with parentheses (``\texttt{(}'' and
409 ``\texttt{)}'').
410
411 Two things should be noted regarding the responses. First, in the
412 syntax description of responses, the response code is given as the
413 first term, even though it is not actually considered a word. Second,
414 more words may follow after the specified syntax, and should be
415 discarded by a client. Many responses use that to include a human
416 readable string to indicate the conclusion of the request.
417
418 \subsubsection{Connection}
419 As mentioned above, the act of connecting to the daemon is itself
420 considered a request, soliciting a response. Such a request obviously
421 has no command name and no syntax, but needs a description
422 nonetheless.
423
424 \revision{1}
425
426 \noperm
427
428 \begin{responses}
429   \response{200}
430   The old response given by daemons not yet using the revisioned
431   protocol. Clients receiving this response should consider it an
432   error.
433   \response{201 LOREV HIREV}
434   Indicates that the connection is accepted. The \param{LOREV} and
435   \param{HIREV} parameters specify the range of supported protocol
436   revisions, as described in section \ref{rev}.
437   \response{502 REASON}
438   The connection is refused by the daemon and will be closed. The
439   \param{REASON} parameter states the reason for the refusal in
440   English\footnote{So it is probably not suitable for localized
441     programs}.
442 \end{responses}
443
444 \input{commands}
445
446 \section{Filesharing networks}
447 \label{fnets}
448
449 \end{document}