socket.tex

   1 \chapter{Introduzione ai socket}
   2 \label{cha:socket_intro}
   3
   4 In questo capitolo inizieremo a spiegare le caratteristiche principali della
   5 principale interfaccia per la programmazione di rete, quella dei
   6 \textit{socket}, che pur essendo nata in unix è usata ormai da tutti i sistemi
   7 operativi.
   8
   9 Dopo una breve panoramica sulle caratteristiche di questa interfaccia vedremo
  10 come creare un socket e come collegarlo allo specifico protocollo di rete che
  11 utilizzerà per la comunicazione. Per evitare una introduzione puramente teorica
  12 concluderemo il capitolo con un primo esempio di applicazione.
  13
  14 \section{Una panoramica}
  15 \label{sec:sock_overview}
  16
  17 Iniziamo con una descrizione essenziale di cosa sono i \textit{socket} e di
  18 quali sono i concetti fondamentali da tenere presente quando si ha a che fare
  19 con essi.
  20
  21 \subsection{I \textit{socket}}
  22 \label{sec:sock_socket_def}
  23
  24 Il \textit{socket}\footnote{una traduzione letterale potrebbe essere
  25   \textsl{manicotto}, ma essendo universalmente noti come socket utilizzeremo
  26   sempre la parola inglese} è uno dei principali meccanismi di comunicazione
  27 fra programmi utilizzato in ambito unix. Il socket costituisce in sostanza un
  28 canale di comunicazione fra due processi su cui si possono leggere e scrivere
  29 dati analogo a quello di una pipe ma a differenza di questa e degli altri
  30 meccanismi esaminati nel capitolo \capref{cha:IPC} i socket non sono limitati
  31 alla comunicazione fra processi che girano sulla stessa macchina ma possono
  32 effettuare la comunicazione anche attraverso la rete.
  33
  34 Quella dei socket costituisce infatti la principale API (\textit{Application
  35   Program Interface}) usata nella programmazione di rete.  La loro origine
  36 risale al 1983, quando furono introdotti nel BSD 4.2; l'interfaccia è rimasta
  37 sostanzialmente la stessa con piccole modifiche negli anni successivi. Benché
  38 siano state sviluppate interfacce alternative, originate dai sistemi SVr4,
  39 come la XTI (\textit{X/Open Transport Interface}) nessuna ha mai raggiunto la
  40 diffusione e la popolarità di quella dei socket (né tantomeno usabilità e
  41 flessibilità).
  42
  43 La flessibilità e la genericità dell'interfaccia inoltre ha consentito di
  44 utilizzare i socket con i più disparati meccanismi di comunicazione, e non
  45 solo con la suite dei protocolli TCP/IP, che sarà comunque quella di cui
  46 tratteremo in maniera più estesa.
  47
  48
  49 \subsection{Concetti base}
  50 \label{sec:sock_gen}
  51
  52 Per capire il funzionamento dei socket occorre avere presente il funzionamento
  53 dei protocolli di rete (vedi \capref{cha:network}), ma l'interfaccia è del
  54 tutto generale e benché le problematiche (e quindi le modalità di risolvere i
  55 problemi) siano diverse a seconda del tipo di protocollo di comunicazione
  56 usato, le funzioni da usare restano le stesse.
  57
  58 Per questo motivo una semplice descrizione dell'interfaccia è assolutamente
  59 inutile, in quanto il comportamento di quest'ultima e le problematiche da
  60 affrontare cambiano radicalmente a seconda dello ``stile'' di comunicazione
  61 usato.  La scelta di questo stile va infatti ad incidere sulla semantica che
  62 verrà utilizzata a livello utente per gestire la comunicazione (su come
  63 inviare e ricevere i dati) e sul comportamento effettivo delle funzioni
  64 utilizzate.
  65
  66 La scelta di uno stile dipende sia dai meccanismi disponibili, sia dal tipo di
  67 comunicazione che si vuole effettuare. Ad esempio alcuni stili di
  68 comunicazione considerano i dati come una sequenza continua di byte, altri
  69 invece li raggruppano in blocchi (i pacchetti).
  70
  71 Un'altro esempio di stile concerne la possibilità che la comunicazione possa o
  72 meno perdere dati, possa o meno non rispettare l'ordine in cui essi non sono
  73 inviati, o inviare dei pacchetti più volte (come nel caso di TCP e UDP).
  74
  75 Un terzo esempio di stile di comunicazione concerne le modalità in cui essa
  76 avviene, in certi casi essa può essere condotta con una connessione diretta
  77 con un solo partner come per una telefonata; altri casi possono prevedere una
  78 comunicazione come per lettera, in cui si scrive l'indirizzo su ogni
  79 pacchetto, altri ancora una comunicazione \textit{broadcast} come per la
  80 radio, in cui i pacchetti vengono emessi su appositi ``canali'' dove chiunque
  81 si collega possa riceverli.
  82
  83 É chiaro che ciascuno di questi stili comporta una modalità diversa di gestire
  84 la comunicazione, ad esempio se è inaffidabile occorrerà essere in grado di
  85 gestire la perdita o il rimescolamento dei dati.
  86
  87
  88 \section{La creazione di un \textit{socket}}
  89 \label{sec:sock_creation}
  90
  91 Come accennato l'interfaccia dei socket è estremamente flessibile e permette
  92 di interagire con protocolli di comunicazione anche molto diversi fra di loro;
  93 in questa sezione vedremo come è possibile creare un socket e come specificare
  94 il tipo di comunicazione che esso deve utilizzare.
  95
  96 \subsection{La funzione \func{socket}}
  97 \label{sec:sock_socket}
  98
  99 La creazione di un socket avviene attraverso l'uso della funzione
 100 \func{socket} questa restituisce un \textit{socket descriptor} (un valore
 101 intero non negativo) che come gli analoghi file descriptor di file e alle
 102 pipe serve come riferimento al socket; in sostanza è l'indice nella tabella
 103 dei file che contiene i puntatori alle opportune strutture usate dal kernel ed
 104 allocate per ogni processo, (la stessa usata per i files e le pipes [NdA
 105 verificare!]).
 106
 107 La funzione prende tre parametri, il dominio del socket (che definisce la
 108 famiglia di protocolli, vedi \secref{sec:sock_domain}), il tipo di socket (che
 109 definisce lo stile di comunicazione vedi \secref{sec:sock_type}) e il
 110 protocollo; in genere quest'ultimo è indicato implicitamente dal tipo di
 111 socket, per cui viene messo a zero (con l'eccezione dei \textit{raw socket}).
 112
 113 \begin{prototype}{sys/socket.h}{int socket(int domain, int type, int protocol)}
 114
 115   La funzione restituisce un intero positivo se riesce, e -1 se fallisce, in
 116   quest'ultimo caso la variabile \var{errno} è settata con i seguenti
 117   codici di errore:
 118
 119   \begin{errlist}
 120   \item \macro{EPROTONOSUPPORT} Il tipo di socket o il protocollo scelto non
 121     sono supportati nel dominio.
 122   \item \macro{ENFILE} Il kernel non ha memoria sufficiente a creare una
 123     nuova struttura per il socket.
 124   \item \macro{EMFILE} Si è ecceduta la tabella dei file.
 125   \item \macro{EACCES} Non si hanno privilegi per creare un socket nel
 126     dominio o con il protocollo specificato.
 127   \item \macro{EINVAL} Protocollo sconosciuto o dominio non disponibile.
 128   \item \macro{ENOBUFS} o \macro{ENOMEM} Non c'è sufficiente memoria per
 129     creare il socket.
 130   \end{errlist}
 131 \end{prototype}
 132
 133 Si noti che la creazione del socket non comporta nulla riguardo
 134 all'indicazione degli indirizzi remoti o locali attraverso i quali si vuole
 135 effettuare la comunicazione.
 136
 137 \subsection{Il dominio, o \textit{protocol family}}
 138 \label{sec:sock_domain}
 139
 140 Dati i tanti e diversi protocolli di comunicazione disponibili, esistono vari
 141 tipi di socket, che vengono classificati raggruppandoli in quelli che si
 142 chiamano \textsl{domini}.  La scelta di un dominio equivale in sostanza alla
 143 scelta di una famiglia di protocolli. Ciascun dominio ha un suo nome simbolico
 144 che convenzionalmente inizia con \texttt{PF\_} da \textit{protocol family},
 145 altro nome con cui si indicano i domini.
 146
 147 A ciascun tipo di dominio corrisponde un analogo nome simbolico che inizia per
 148 \texttt{AF\_} da \textit{address family}, e che identifica il formato degli
 149 indirizzi usati in quel dominio; le man pages di Linux si riferiscono a questi
 150 anche come \textit{name space}, (nome che però il manuale della glibc riserva
 151 ai domini) e che identifica il formato degli indirizzi usati in quel dominio.
 152
 153 L'idea alla base della distinzione era che una famiglia di protocolli potesse
 154 supportare vari tipi di indirizzi, per cui il prefisso \texttt{PF\_} si
 155 sarebbe dovuto usare nella creazione dei socket e il prefisso \texttt{AF\_} in
 156 quello delle strutture degli indirizzi; questo è quanto specificato anche
 157 dallo standard POSIX.1g, ma non esistono a tuttora famiglie di protocolli che
 158 supportino diverse strutture di indirizzi, per cui nella pratica questi due
 159 nomi sono equivalenti e corrispondono agli stessi valori.
 160
 161 I domini (e i relativi nomi simbolici), così come i nomi delle famiglie di
 162 indirizzi sono definiti dall'header \textit{socket.h}. In Linux le famiglie di
 163 protocolli disponibili sono riportate in \ntab.
 164
 165 \begin{table}[htb]
 166   \footnotesize
 167   \centering
 168   \begin{tabular}[c]{|l|l|l|}
 169        \hline
 170        \textbf{Nome}      & \textbf{Utilizzo}           &\textbf{Man page} \\
 171        \hline
 172        \hline
 173        \macro{PF\_UNIX},
 174        \macro{PF\_LOCAL}  & Local communication            & unix(7)    \\
 175        \macro{PF\_INET}   & IPv4 Internet protocols        & ip(7)      \\
 176        \macro{PF\_INET6}  & IPv6 Internet protocols        &            \\
 177        \macro{PF\_IPX}    & IPX - Novell protocols         &            \\
 178        \macro{PF\_NETLINK}& Kernel user interface device   & netlink(7) \\
 179        \macro{PF\_X25}    & ITU-T X.25 / ISO-8208 protocol & x25(7)     \\
 180        \macro{PF\_AX25}   & Amateur radio AX.25 protocol   &            \\
 181        \macro{PF\_ATMPVC} & Access to raw ATM PVCs         &            \\
 182        \macro{PF\_APPLETALK}& Appletalk                    & ddp(7)     \\
 183        \macro{PF\_PACKET} & Low level packet interface     & packet(7)  \\
 184        \hline
 185   \end{tabular}
 186   \caption{Famiglie di protocolli definiti in Linux}
 187   \label{tab:net_pf_names}
 188 \end{table}
 189
 190 Non tutte le famiglie di protocolli sono accessibili dall'utente generico, ad
 191 esempio in generale tutti i socket di tipo \macro{SOCK\_RAW} possono essere
 192 creati solo da processi che hanno i privilegi di root (cioè effective uid
 193 uguale a zero) o la capability \macro{CAP\_NET\_RAW}.
 194
 195
 196 \subsection{Il tipo, o stile}
 197 \label{sec:sock_type}
 198
 199 La scelta di un dominio non comporta però la scelta dello stile di
 200 comunicazione, questo infatti viene a dipendere dal protocollo che si andrà ad
 201 utilizzare fra quelli disponibili nella famiglia scelta. Le API permettono di
 202 scegliere lo stile di comunicazione indicando il tipo di socket; Linux e le
 203 glibc mettono a disposizione i seguenti tipi di socket (che il manuale della
 204 glibc chiama \textit{styles}) definiti come \type{int} in \file{socket.h}:
 205
 206 \begin{list}{}{}
 207 \item \macro{SOCK\_STREAM} Provvede un canale di trasmissione dati
 208   bidirezionale, sequenziale e affidabile. Opera su una connessione con un
 209   altro socket. I dati vengono ricevuti e trasmessi come un flusso continuo di
 210   byte (da cui il nome \textit{stream}).
 211 \item \macro{SOCK\_DGRAM} Viene usato per mandare pacchetti di lunghezza
 212   massima fissata (\textit{datagram}) indirizzati singolarmente, senza
 213   connessione e in maniera non affidabile. È l'opposto del precedente.
 214 \item \macro{SOCK\_SEQPACKET} Provvede un canale di trasmissione di dati
 215   bidirezionale, sequenziale e affidabile. Opera su una connessione con un
 216   altro socket. I dati possono solo essere trasmessi e letti per pacchetti (di
 217   dimensione massima fissata).
 218 \item \macro{SOCK\_RAW} Provvede l'accesso a basso livello ai protocolli di
 219   rete e alle varie interfacce. I normali programmi di comunicazione non
 220   devono usarlo.
 221 \item \macro{SOCK\_RDM} Provvede un canale di trasmissione di pacchetti
 222   affidabile ma in cui non è garantito l'ordine di arrivo dei pacchetti.
 223 \item \macro{SOCK\_PACKET} Obsoleto, non deve essere usato.
 224 \end{list}
 225
 226 Si tenga presente che non tutte le combinazioni di famiglia di protocolli e
 227 tipo di socket sono valide, in quanto non è detto che nella famiglia esista un
 228 protocollo per tutti gli stili di comunicazione indicati qui sopra. Una
 229 tabella che mostra le combinazioni valide è la seguente:
 230
 231 \begin{table}[htb]
 232   \footnotesize
 233   \centering
 234   \begin{tabular}{l|c|c|c|c|c|}
 235    \multicolumn{1}{c}{} &\multicolumn{1}{c}{\macro{SOCK\_STREAM}}&
 236      \multicolumn{1}{c}{\macro{SOCK\_DGRAM}} &
 237      \multicolumn{1}{c}{\macro{SOCK\_RAW}} &
 238      \multicolumn{1}{c}{\macro{SOCK\_PACKET}}&
 239      \multicolumn{1}{c}{\macro{SOCK\_SEQPACKET}} \\
 240      \cline{2-6}
 241     \macro{PF\_UNIX}      &  si & si  &      &     &     \\
 242      \cline{2-6}
 243     \macro{PF\_INET}      & TCP & UDP & IPv4 &     &     \\
 244      \cline{2-6}
 245     \macro{PF\_INET6}     & TCP & UDP & IPv6 &     &     \\
 246      \cline{2-6}
 247     \macro{PF\_IPX}       &     &     &      &     &     \\
 248      \cline{2-6}
 249     \macro{PF\_NETLINK}   &     &  si &  si  &     &     \\
 250      \cline{2-6}
 251     \macro{PF\_X25}       &     &     &      &     &  si \\
 252      \cline{2-6}
 253     \macro{PF\_AX25}      &     &     &      &     &     \\
 254      \cline{2-6}
 255     \macro{PF\_ATMPVC}    &     &     &      &     &     \\
 256      \cline{2-6}
 257     \macro{PF\_APPLETALK} &     & si  &  si  &     &     \\
 258      \cline{2-6}
 259     \macro{PF\_PACKET}    &     & si  & si   &     &     \\
 260      \cline{2-6}
 261   \end{tabular}
 262   \caption{Combinazioni valide di dominio e tipo di protocollo per la
 263     funzione \func{socket}.}
 264   \label{tab:sock_sock_valid_combinations}
 265 \end{table}
 266
 267 Dove per ogni combinazione valida si è indicato il tipo di protocollo, o la
 268 parola \textsl{si} qualora non il protocollo non abbia un nome definito,
 269 mentre si sono lasciate vuote le caselle per le combinazioni non supportate.
 270
 271
 272
 273 \section{Le strutture degli indirizzi dei socket}
 274 \label{sec:sock_sockaddr}
 275
 276 Come si è visto nella creazione di un socket non si specifica nulla oltre al
 277 tipo di famiglia di protocolli che si vuole utilizzare, in particolare nessun
 278 indirizzo che identifichi i due capi della comunicazione. La funzione infatti
 279 si limita ad allocare nel kernel quanto necessario per poter poi realizzare la
 280 comunicazione.
 281
 282 Gli indirizzi vengono specificati attraverso apposite strutture che vengono
 283 utilizzate dalle altre funzioni della API dei socket quando la comunicazione
 284 viene effettivamente realizzata.
 285
 286 Ogni famiglia di protocolli ha ovviamente una sua forma di indirizzamento e in
 287 corrispondenza a questa una sua peculiare struttura degli indirizzi; i nomi di
 288 tutte queste strutture iniziano per \var{sockaddr\_}, quelli propri di
 289 ciascuna famiglia vengono identificati dal suffisso finale, aggiunto al nome
 290 precedente.
 291
 292
 293 \subsection{La struttura generica}
 294 \label{sec:sock_sa_gen}
 295
 296 Le strutture degli indirizzi vengono sempre passate alle varie funzioni
 297 attraverso puntatori (cioè \textit{by reference}), ma le funzioni devono poter
 298 maneggiare puntatori a strutture relative a tutti gli indirizzi possibili
 299 nelle varie famiglie di protocolli; questo pone il problema di come passare
 300 questi puntatori, il C ANSI risolve questo problema coi i puntatori generici
 301 (i \type{void *}), ma l'interfaccia dei socket è antecedente alla
 302 definizione dello standard ANSI, e per questo nel 1982 fu scelto di definire
 303 una struttura generica \type{sockaddr} per gli indirizzi dei socket mostrata
 304 in \nfig:
 305
 306 \begin{figure}[!htb]
 307   \footnotesize
 308   \begin{lstlisting}[labelstep=0,frame=,indent=1cm]{}
 309 struct sockaddr {
 310     sa_family_t  sa_family;     /* address family: AF_xxx */
 311     char         sa_data[14];   /* address (protocol-specific) */
 312 };
 313   \end{lstlisting}
 314   \caption{La struttura generica degli indirizzi dei socket \type{sockaddr}}
 315   \label{fig:sock_sa_gen_struct}
 316 \end{figure}
 317
 318 Tutte le funzioni dei socket che usano gli indirizzi sono definite usando nel
 319 prototipo un puntatore a questa struttura; per questo motivo quando si
 320 invocano dette funzioni passando l'indirizzo di un protocollo specifico
 321 occorrerà eseguire un casting del relativo puntatore.
 322
 323 I tipi di dati che compongono la struttura sono stabiliti dallo standard
 324 POSIX.1g, riassunti in \ntab\ con i rispettivi file di include in cui sono
 325 definiti; la struttura è invece definita nell'include file
 326 \file{sys/socket.h}
 327
 328 \begin{table}[!htb]
 329   \centering
 330   \begin{tabular}{|l|l|l|}
 331     \hline
 332     \multicolumn{1}{|c|}{Tipo}& \multicolumn{1}{|c|}{Descrizione}&
 333     \multicolumn{1}{|c|}{Header} \\
 334     \hline
 335     \hline
 336     \type{int8\_t}   & intero a 8 bit con segno   & \file{sys/types.h}\\
 337     \type{uint8\_t}  & intero a 8 bit senza segno & \file{sys/types.h}\\
 338     \type{int16\_t}  & intero a 16 bit con segno  & \file{sys/types.h}\\
 339     \type{uint16\_t} & intero a 16 bit senza segno& \file{sys/types.h}\\
 340     \type{int32\_t}  & intero a 32 bit con segno  & \file{sys/types.h}\\
 341     \type{uint32\_t} & intero a 32 bit senza segno& \file{sys/types.h}\\
 342     \hline
 343     \type{sa\_family\_t} & famiglia degli indirizzi& \file{sys/socket.h}\\
 344     \type{socklen\_t} & lunghezza (\type{uint32\_t}) dell'indirizzo di
 345     un socket& \type{sys/socket.h}\\
 346     \hline
 347     \type{in\_addr\_t} & indirizzo IPv4 (\file{uint32\_t}) &
 348     \type{netinet/in.h}\\
 349     \type{in\_port\_t} & porta TCP o UDP (\file{uint16\_t})&
 350     \type{netinet/in.h}\\
 351     \hline
 352   \end{tabular}
 353   \caption{Tipi di dati usati nelle strutture degli indirizzi, secondo quanto
 354     stabilito dallo standard POSIX.1g}
 355   \label{tab:sock_data_types}
 356 \end{table}
 357
 358 In alcuni sistemi la struttura è leggermente diversa e prevede un primo membro
 359 aggiuntivo \var{uint8\_t sin\_len} (come riportato da R. Stevens nei suoi
 360 libri). Questo campo non verrebbe usato direttamente dal programmatore e non è
 361 richiesto dallo standard POSIX.1g, in Linux pertanto non esiste. Il campo
 362 \type{sa\_family\_t} era storicamente un \type{unsigned short}.
 363
 364 Dal punto di vista del programmatore l'unico uso di questa struttura è quello
 365 di fare da riferimento per il casting, per il kernel le cose sono un po'
 366 diverse, in quanto esso usa il puntatore per recuperare il campo
 367 \var{sa\_family} con cui determinare il tipo di indirizzo; per questo
 368 motivo, anche se l'uso di un puntatore \type{void *} sarebbe più immediato
 369 per l'utente (che non dovrebbe più eseguire il casting), è stato mantenuto
 370 l'uso di questa struttura.
 371
 372
 373 \subsection{La struttura degli indirizzi IPv4}
 374 \label{sec:sock_sa_ipv4}
 375
 376 I socket di tipo \macro{PF\_INET} vengono usati per la comunicazione
 377 attraverso internet; la struttura per gli indirizzi per un socket internet
 378 (IPv4) è definita come \type{sockaddr\_in} nell'header file
 379 \file{netinet/in.h} e secondo le man page ha la forma mostrata in \nfig,
 380 conforme allo standard POSIX.1g.
 381
 382 \begin{figure}[!htb]
 383   \footnotesize
 384   \begin{lstlisting}[labelstep=0,frame=,indent=1cm]{}
 385 struct sockaddr_in {
 386     sa_family_t     sin_family; /* address family: AF_INET */
 387     u_int16_t       sin_port;   /* port in network byte order */
 388     struct in_addr  sin_addr;   /* internet address */
 389 };
 390 /* Internet address. */
 391 struct in_addr {
 392     u_int32_t       s_addr;     /* address in network byte order */
 393 };
 394   \end{lstlisting}
 395   \caption{La struttura degli indirizzi dei socket internet (IPv4)
 396     \type{sockaddr\_in}.}
 397   \label{fig:sock_sa_ipv4_struct}
 398 \end{figure}
 399
 400 L'indirizzo di un socket internet (secondo IPv4) comprende l'indirizzo
 401 internet di un'interfaccia più un numero di porta. Il protocollo IP non
 402 prevede numeri di porta, che sono utilizzati solo dai protocolli di livello
 403 superiore come TCP e UDP. Questa struttura però viene usata anche per i socket
 404 RAW che accedono direttamente al livello di IP, nel qual caso il numero della
 405 porta viene settato al numero di protocollo.
 406
 407 Il membro \var{sin\_family} deve essere sempre settato; \var{sin\_port}
 408 specifica il numero di porta (vedi \secref{sec:TCPel_port_num}; i numeri di
 409 porta sotto il 1024 sono chiamati \textsl{riservati} in quanto utilizzati da
 410 servizi standard. Soltanto processi con i privilegi di root (effective uid
 411 uguale a zero) o con la capability \macro{CAP\_NET\_BIND\_SERVICE} possono
 412 usare la funzione \func{bind} su queste porte.
 413
 414 Il membro \var{sin\_addr} contiene l'indirizzo internet dell'altro capo
 415 della comunicazione, e viene acceduto sia come struttura (un resto di una
 416 implementazione precedente in cui questa era una \texttt{union} usata per
 417 accedere alle diverse classi di indirizzi) che come intero.
 418
 419 Infine è da sottolineare che sia gli indirizzi che i numeri di porta devono
 420 essere specificati in quello che viene chiamato \textit{network order}, cioè
 421 con i bit ordinati in formato \textit{big endian}, questo comporta la
 422 necessità di usare apposite funzioni di conversione per mantenere la
 423 portabilità del codice (vedi \secref{sec:sock_addr_func} per i dettagli del
 424 problema e le relative soluzioni).
 425
 426
 427 \subsection{La struttura degli indirizzi IPv6}
 428 \label{sec:sock_sa_ipv6}
 429
 430 Essendo IPv6 una estensione di IPv4 i socket di tipo \macro{PF\_INET6} sono
 431 sostanzialmente identici ai precedenti; la parte in cui si trovano
 432 praticamente tutte le differenze è quella della struttura degli indirizzi. La
 433 struttura degli indirizzi è definita ancora in \file{netinet/in.h}.
 434
 435 \begin{figure}[!htb]
 436   \footnotesize
 437   \begin{lstlisting}[labelstep=0,frame=,indent=1cm]{}
 438 struct sockaddr_in6 {
 439     u_int16_t       sin6_family;   /* AF_INET6 */
 440     u_int16_t       sin6_port;     /* port number */
 441     u_int32_t       sin6_flowinfo; /* IPv6 flow information */
 442     struct in6_addr sin6_addr;     /* IPv6 address */
 443     u_int32_t       sin6_scope_id; /* Scope id (new in 2.4) */
 444 };
 445
 446 struct in6_addr {
 447     unsigned char   s6_addr[16];   /* IPv6 address */
 448 };
 449   \end{lstlisting}
 450   \caption{La struttura degli indirizzi dei socket IPv6
 451     \type{sockaddr\_in6}.}
 452   \label{fig:sock_sa_ipv6_struct}
 453 \end{figure}
 454
 455 Il campo \var{sin6\_family} deve essere sempre settato ad
 456 \macro{AF\_INET6}, il campo \var{sin6\_port} è analogo a quello di IPv4 e
 457 segue le stesse regole; il campo \var{sin6\_flowinfo} è a sua volta diviso
 458 in tre parti di cui i 24 bit inferiori indicano l'etichetta di flusso, i
 459 successivi 4 bit la priorità e gli ultimi 4 sono riservati; questi valori
 460 fanno riferimento ad alcuni campi specifici dell'header dei pacchetti IPv6
 461 (vedi \secref{sec:IP_ipv6head}) ed il loro uso è sperimentale.
 462
 463 Il campo \var{sin6\_addr} contiene l'indirizzo a 128 bit usato da IPv6,
 464 infine il campo \var{sin6\_scope\_id} è un campo introdotto con il kernel
 465 2.4 per gestire alcune operazioni riguardanti il multicasting.
 466
 467 Si noti che questa struttura è più grande di una \var{sockaddr} generica,
 468 quindi occorre stare attenti a non avere fatto assunzioni riguardo alla
 469 possibilità di contenere i dati nelle dimensioni di quest'ultima.
 470
 471
 472 \subsection{La struttura degli indirizzi locali}
 473 \label{sec:sock_sa_local}
 474
 475 I socket di tipo \macro{PF\_UNIX} vengono usati per una comunicazione
 476 efficiente fra processi che stanno sulla stessa macchina; essi rispetto ai
 477 precedenti possono essere anche creati in maniera anonima attraverso la
 478 funzione \func{socketpair}. Quando però si vuole fare riferimento esplicito
 479 ad uno di questi socket si deve usare la seguente struttura di indirizzi
 480 definita nel file di header \file{sys/un.h}.
 481
 482 \begin{figure}[!htb]
 483   \footnotesize
 484   \begin{lstlisting}[labelstep=0,frame=,indent=1cm]{}
 485 #define UNIX_PATH_MAX    108
 486 struct sockaddr_un {
 487     sa_family_t  sun_family;              /* AF_UNIX */
 488     char         sun_path[UNIX_PATH_MAX]; /* pathname */
 489 };
 490   \end{lstlisting}
 491   \caption{La struttura degli indirizzi dei socket locali
 492     \var{sockaddr\_un}.}
 493   \label{fig:sock_sa_local_struct}
 494 \end{figure}
 495
 496 In questo caso il campo \var{sun\_family} deve essere \macro{AF\_UNIX},
 497 mentre il campo \var{sun\_path} deve specificare un indirizzo; questo ha
 498 due forme un file (di tipo socket) nel filesystem o una stringa univoca
 499 (tenuta in uno spazio di nomi astratto). Nel primo caso l'indirizzo viene
 500 specificato come una stringa (terminata da uno zero) corrispondente al
 501 pathname del file; nel secondo invece \var{sun\_path} inizia con uno zero
 502 vengono usati i restanti byte come stringa (senza terminazione).
 503
 504
 505 % \subsection{Il passaggio delle strutture}
 506 % \label{sec:sock_addr_pass}
 507
 508 % Come detto nelle funzioni della API dei socket le strutture degli indirizzi
 509 % vengono sempre passate per riferimento usando un puntatore; anche la lunghezza
 510 % della struttura è passata come argomento, ma in questo caso la modalità del
 511 % passaggio dipende dalla direzione del medesimo, dal processo al kernel o
 512 % viceversa.
 513
 514 % In particolare le tre funzioni \texttt{bind}, \texttt{connect} e
 515 % \texttt{sendto} passano la struttura al kernel, in questo caso è passata
 516 % \textsl{per valore} anche la dimensione della medesima
 517
 518
 519 % Le funzioni \texttt{accept}, \texttt{recvfrom}, \texttt{getsockname} e
 520 % \texttt{getpeername} invece ricevono i valori del kernel
 521
 522
 523
 524 \section{Le funzioni di conversione degli indirizzi}
 525 \label{sec:sock_addr_func}
 526
 527 In questa sezione tratteremo delle varie funzioni usate per manipolare gli
 528 indirizzi, limitandoci però agli indirizzi internet.
 529
 530 Come accennato gli indirizzi e i numeri di porta usati nella rete devono
 531 essere forniti in formato opportuno (il \textit{network order}). Per capire
 532 cosa significa tutto ciò occorre introdurre un concetto generale che tornerà
 533 utile anche in seguito.
 534
 535
 536 \subsection{La \textit{endianess}}
 537 \label{sec:sock_endianess}
 538
 539 La rappresentazione di un numero binario in un computer può essere fatta in
 540 due modi, chiamati rispettivamente \textit{big endian} e \textit{little
 541   endian} a seconda di come i singoli bit vengono aggregati per formare le
 542 variabili intere (in diretta corrispondenza a come sono poi in realtà cablati
 543 sui bus interni del computer).
 544
 545 Per capire meglio il problema si consideri un intero a 16 bit scritto in una
 546 locazione di memoria posta ad un certo indirizzo. I singoli bit possono essere
 547 disposti un memoria in due modi, a partire dal più significativo o a partire
 548 dal meno significativo. Così nel primo caso si troverà il byte che contiene i
 549 bit più significativi all'indirizzo menzionato e il byte con i bit meno
 550 significativi nell'indirizzo successivo; questo ordinamento è detto
 551 \textit{little endian} dato che il dato finale è la parte ``piccola'' del
 552 numero. Il caso opposto, in cui si parte dal bit meno significativo è detto
 553 per lo stesso motivo \textit{big endian}.
 554
 555 La \textit{endianess} di un computer dipende essenzialmente dalla architettura
 556 hardware usata; Intel e Digital usano il \textit{little endian}, Motorola,
 557 IBM, Sun (sostanzialmente tutti gli altri) usano il \textit{big endian}. Il
 558 formato della rete è anch'esso \textit{big endian}, altri esempi sono quello
 559 del bus PC, che è \textit{little endian}, o quello del bus VME che è
 560 \textit{big endian}.
 561
 562 Esistono poi anche dei processori che possono scegliere il tipo di formato
 563 all'avvio e alcuni che, come il PowerPC o l'Intel i860, possono pure passare
 564 da un tipo di ordinamento all'altro con una specifica istruzione. In ogni caso
 565 in Linux l'ordinamento è definito dall'architettura e dopo l'avvio del sistema
 566 resta sempre lo stesso, anche quando il processore permetterebbe di eseguire
 567 questi cambiamenti.
 568
 569 \subsection{Le funzioni per il riordinamento}
 570 \label{sec:sock_func_ord}
 571
 572 Il problema connesso all'endianess è che quando si passano dei dati da un tipo
 573 di architettura all'altra i dati vengono interpretati in maniera diversa, e ad
 574 esempio nel caso dell'intero a 16 bit ci si ritroverà con i due byte in cui è
 575 suddiviso scambiati di posto, e ne sarà quindi invertito l'ordine di lettura
 576 per cui, per riavere il valore originale dovranno essere rovesciati.
 577
 578 Per questo motivo si usano le seguenti funzioni di conversione che servono a
 579 tener conto automaticamente della possibile differenza fra l'ordinamento usato
 580 sul computer e quello che viene usato nelle trasmissione sulla rete; queste
 581 funzioni sono:
 582 \begin{prototype}{netinet/in.h}
 583 {unsigned long int htonl(unsigned long int hostlong)}
 584   Converte l'intero a 32 bit \var{hostlong} dal formato della macchina a
 585   quello della rete.
 586 \end{prototype}
 587 \begin{prototype}{netinet/in.h}
 588 {unsigned short int htons(unsigned short int hostshort)}
 589   Converte l'intero a 16 bit \var{hostshort} dal formato della macchina a
 590   quello della rete.
 591 \end{prototype}
 592 \begin{prototype}{netinet/in.h}
 593 {unsigned long int ntonl(unsigned long int netlong)}
 594   Converte l'intero a 32 bit \var{netlong} dal formato della rete a quello
 595   della macchina.
 596 \end{prototype}
 597 \begin{prototype}{netinet/in.h}
 598 {unsigned sort int ntons(unsigned short int netshort)}
 599   Converte l'intero a 16 bit \var{netshort} dal formato della rete a quello
 600   della macchina.
 601 \end{prototype}
 602 I nomi sono assegnati usando la lettera \func{n} come mnemonico per indicare
 603 l'ordinamento usato sulla rete (da \textit{network order}) e la lettera
 604 \func{h} come mnemonico per l'ordinamento usato sulla macchina locale (da
 605 \textit{host order}), mentre le lettere \func{s} e \func{l} stanno ad indicare
 606 i tipi di dato (\type{long} o \type{short}, riportati anche dai prototipi).
 607
 608 Usando queste funzioni si ha la conversione automatica: nel caso in cui la
 609 macchina che si sta usando abbia una architettura \textit{big endian} queste
 610 funzioni sono definite come macro che non fanno nulla. Per questo motivo vanno
 611 sempre utilizzate, anche quando potrebbero non essere necessarie, in modo da
 612 assicurare la portabilità del codice su tutte le architetture.
 613
 614
 615 \subsection{Le funzioni \func{inet\_aton}, \func{inet\_addr} e
 616   \func{inet\_ntoa}}
 617 \label{sec:sock_func_ipv4}
 618
 619 Un secondo insieme di funzioni di manipolazione serve per passare dal formato
 620 binario usato nelle strutture degli indirizzi alla rappresentazione dei numeri
 621 IP che si usa normalmente.
 622
 623 Le prime tre funzioni di manipolazione riguardano la conversione degli
 624 indirizzi IPv4 da una stringa in cui il numero di IP è espresso secondo la
 625 cosiddetta notazione \textit{dotted-decimal}, (cioè nella forma
 626 \texttt{192.160.0.1}) al formato binario (direttamente in \textit{network
 627   order}) e viceversa; in questo caso si usa la lettera \func{a} come
 628 mnemonico per indicare la stringa. Dette funzioni sono:
 629 \begin{prototype}{arpa/inet.h}
 630   {int inet\_aton(const char *src, struct in\_addr *dest)}
 631   Converte la stringa puntata da \var{src} nell'indirizzo binario da
 632   memorizzare all'indirizzo puntato da \var{dest}, restituendo 0 in caso di
 633   successo e 1 in caso di fallimento (è espressa in questa forma in modo da
 634   poterla usare direttamente con il puntatore usato per passare la struttura
 635   degli indirizzi). Se usata con \var{dest} inizializzato a \macro{NULL}
 636   effettua la validazione dell'indirizzo.
 637 \end{prototype}
 638 \begin{prototype}{arpa/inet.h}{in\_addr\_t inet\_addr(const char *strptr)}
 639   Restituisce l'indirizzo a 32 bit in network order a partire dalla stringa
 640   passata come parametro, in caso di errore restituisce il valore
 641   \macro{INADDR\_NONE} che tipicamente sono trentadue bit a uno; questo
 642   comporta che la stringa \texttt{255.255.255.255}, che pure è un indirizzo
 643   valido, non può essere usata con questa funzione; per questo motivo essa è
 644   generalmente deprecata in favore della precedente.
 645 \end{prototype}
 646 \begin{prototype}{arpa/inet.h}{char *inet\_ntoa(struct in\_addr addrptr)}
 647   Converte il valore a 32 bit dell'indirizzo (espresso in \textit{network
 648     order}) restituendo il puntatore alla stringa che contiene l'espressione
 649   in formato dotted decimal. Si deve tenere presente che la stringa risiede in
 650   memoria statica, per cui questa funzione non è rientrante.
 651 \end{prototype}
 652
 653
 654 \subsection{Le funzioni \func{inet\_pton} e \func{inet\_ntop}}
 655 \label{sec:sock_conv_func_gen}
 656
 657 Le tre funzioni precedenti sono limitate solo ad indirizzi IPv4, per questo
 658 motivo è preferibile usare le due nuove funzioni \func{inet\_pton} e
 659 \func{inet\_ntop} che possono convertire anche gli indirizzi IPv6. Anche in
 660 questo caso le lettere \func{n} e \func{p} sono degli mnemonici per ricordare
 661 il tipo di conversione effettuata e stanno per \textit{presentation} e
 662 \textit{numeric}.
 663
 664 % \begin{figure}[htb]
 665 %   \centering
 666
 667 %   \caption{Schema della rappresentazioni utilizzate dalle funzioni di
 668 %     conversione \texttt{inet\_pton} e \texttt{inet\_ntop} }
 669 %   \label{fig:sock_inet_conv_func}
 670
 671 % \end{figure}
 672
 673 Entrambe le funzioni accettano l'argomento \param{af} che indica il tipo di
 674 indirizzo e può essere \macro{AF\_INET} o \macro{AF\_INET6}. Se la famiglia
 675 indicata non è valida entrambe le funzioni settano la variabile \var{errno}
 676 al valore \macro{EAFNOSUPPORT}. I prototipi delle suddette funzioni sono i
 677 seguenti:
 678 \begin{prototype}{sys/socket.h}
 679   {int inet\_pton(int af, const char *src, void *addr\_ptr)} Converte la
 680   stringa puntata da \var{src} nell'indirizzo IP da memorizzare
 681   all'indirizzo puntato da \var{addr\_ptr}, la funzione restituisce un
 682   valore positivo in caso di successo, e zero se la stringa non rappresenta un
 683   indirizzo valido, e negativo se \var{af} specifica una famiglia di indirizzi
 684   non valida.
 685 \end{prototype}
 686 \begin{prototype}{sys/socket.h}
 687   {char *inet\_ntop(int af, const void *addr\_ptr, char *dest, size\_t len)}
 688   Converte la struttura dell'indirizzo puntata da \var{addr\_ptr} in una
 689   stringa che viene copiata nel buffer puntato dall'indirizzo \var{dest};
 690   questo deve essere preallocato dall'utente e la lunghezza deve essere almeno
 691   \macro{INET\_ADDRSTRLEN} in caso di indirizzi IPv4 e
 692   \macro{INET6\_ADDRSTRLEN} per indirizzi IPv6; la lunghezza del buffer deve
 693   comunque venire specificata attraverso il parametro \var{len}.
 694
 695   La funzione restituisce un puntatore non nullo a \var{dest} in caso di
 696   successo e un puntatore nullo in caso di fallimento, in quest'ultimo caso
 697   viene settata la variabile \var{errno} con il valore \macro{ENOSPC} in
 698   caso le dimensioni dell'indirizzo eccedano la lunghezza specificata da
 699   \var{len} o \macro{ENOAFSUPPORT} in caso \var{af} non sia una famiglia di
 700   indirizzi valida.
 701 \end{prototype}
 702
 703 Gli indirizzi vengono convertiti da/alle rispettive strutture di indirizzo
 704 (\var{struct  in\_addr} per IPv4, e \var{struct  in6\_addr} per IPv6), che
 705 devono essere precedentemente allocate e passate attraverso il puntatore
 706 \var{addr\_ptr}; il parametro \var{dest} di \func{inet\_ntop} non può essere
 707 nullo e deve essere allocato precedentemente.
 708
 709 Il formato usato per gli indirizzi in formato di presentazione è la notazione
 710 \textit{dotted decimal} per IPv4 e quella descritta in
 711 \secref{sec:IP_ipv6_notation} per IPv6.
 712
 713
 714
 715 \section{Un esempio di applicazione}
 716 \label{sec:sock_appplication}
 717
 718 Per evitare di rendere questa introduzione ai socket puramente teorica
 719 iniziamo con il mostrare un esempio di un client TCP elementare.  Prima di
 720 passare agli esempi del client e del server, esamineremo una caratteristica
 721 delle funzioni di I/O sui socket che ci tornerà utile anche in seguito.
 722
 723
 724 \subsection{Il comportamento delle funzioni di I/O}
 725 \label{sec:sock_io_behav}
 726
 727 Una cosa di cui non sempre si è consapevoli quando si ha a che fare con i
 728 socket è che le funzioni di input/output non sempre hanno lo stesso
 729 comportamento che avrebbero con i normali files (in particolare questo accade
 730 per i socket di tipo stream).
 731
 732 Infatti con i socket è comune che funzioni come \func{read} o \func{write}
 733 possano restituire in input o scrivere in output un numero di byte minore di
 734 quello richiesto. Come già accennato in \secref{sec:file_read} questo è un
 735 comportamento normale anche per l'I/O su file, e succede
 736 perché si eccede in lettura o scrittura il limite di buffer del kernel.
 737
 738 In questo caso tutto quello che il programma chiamante deve fare è di ripetere
 739 la lettura (o scrittura) per la quantità di byte rimanenti (lo stesso può
 740 avvenire scrivendo più di 4096 byte in una pipe, dato che quello è il limite
 741 di solito adottato per il buffer di trasmissione del kernel).
 742
 743 \begin{figure}[htb]
 744   \centering
 745   \footnotesize
 746   \begin{lstlisting}{}
 747 #include <unistd.h>
 748
 749 ssize_t SockRead(int fd, void *buf, size_t count)
 750 {
 751     size_t nleft;
 752     ssize_t nread;
 753
 754     nleft = count;
 755     while (nleft > 0) {             /* repeat until no left */
 756         if ( (nread = read(fd, buf, nleft)) < 0) {
 757             if (errno == EINTR) {   /* if interrupted by system call */
 758                 continue;           /* repeat the loop */
 759             } else {
 760                 return(nread);      /* otherwise exit */
 761             }
 762         } else if (nread == 0) {    /* EOF */
 763             break;                  /* break loop here */
 764         }
 765         nleft -= nread;             /* set left to read */
 766         buf +=nread;                /* set pointer */
 767     }
 768     return (count - nleft);
 769 }
 770   \end{lstlisting}
 771   \caption{Funzione \func{SockRead}, legge \var{count} byte da un socket }
 772   \label{fig:sock_SockRead_code}
 773 \end{figure}
 774
 775 Per questo motivo seguendo l'esempio di W. R. Stevens si sono definite due
 776 funzioni \func{SockRead} e \func{SockWrite} che eseguono la lettura da un
 777 socket tenendo conto di questa caratteristica, ed in grado di ritornare dopo
 778 avere letto o scritto esattamente il numero di byte specificato; il sorgente
 779 è riportato in \curfig\ e \nfig\ ed è disponibile fra i sorgenti allegati alla
 780 guida nei files \file{SockRead.c} e \file{SockWrite.c}.
 781
 782 \begin{figure}[htb]
 783   \centering
 784   \footnotesize
 785   \begin{lstlisting}{}
 786 #include <unistd.h>
 787
 788 ssize_t SockWrite(int fd, const void *buf, size_t count)
 789 {
 790     size_t nleft;
 791     ssize_t nwritten;
 792
 793     nleft = count;
 794     while (nleft > 0) {             /* repeat until no left */
 795         if ( (nwritten = write(fd, buf, nleft)) < 0) {
 796             if (errno == EINTR) {   /* if interrupted by system call */
 797                 continue;           /* repeat the loop */
 798             } else {
 799                 return(nwritten);   /* otherwise exit with error */
 800             }
 801         }
 802         nleft -= nwritten;          /* set left to write */
 803         buf +=nwritten;             /* set pointer */
 804     }
 805     return (count);
 806 }
 807   \end{lstlisting}
 808   \caption{Funzione \func{SockWrite}, scrive \var{count} byte su un socket }
 809   \label{fig:sock_SockWrite_code}
 810 \end{figure}
 811
 812 Come si può notare le funzioni ripetono la lettura/scrittura in un ciclo fino
 813 all'esaurimento del numero di byte richiesti, in caso di errore viene
 814 controllato se questo è \macro{EINTR} (cioè un'interruzione della system call
 815 dovuta ad un segnale), nel qual caso l'accesso viene ripetuto, altrimenti
 816 l'errore viene ritornato interrompendo il ciclo.
 817
 818 Nel caso della lettura, se il numero di byte letti è zero, significa che si è
 819 arrivati alla fine del file e pertanto si ritorna senza aver concluso la
 820 lettura di tutti i byte richiesti.
 821
 822
 823
 824 \subsection{Un primo esempio di client}
 825 \label{sec:net_cli_sample}
 826
 827 Lo scopo di questo esempio è fornire un primo approccio alla programmazione di
 828 rete e vedere come si usano le funzioni descritte in precedenza, alcune delle
 829 funzioni usate nell'esempio saranno trattate in dettaglio nel capitolo
 830 successivo; qui ci limiteremo a introdurre la nomenclatura senza fornire
 831 definizioni precise e dettagli di funzionamento che saranno trattati
 832 estensivamente più avanti.
 833
 834 In \nfig\ è riportata la sezione principale del codice del nostro client
 835 elementare per il servizio \textit{daytime}, un servizio standard che
 836 restituisce l'ora locale della macchina a cui si effettua la richiesta.
 837
 838 \begin{figure}[!htb]
 839   \footnotesize
 840   \begin{lstlisting}{}
 841 #include <sys/types.h>   /* predefined types */
 842 #include <unistd.h>      /* include unix standard library */
 843 #include <arpa/inet.h>   /* IP addresses conversion utilities */
 844 #include <sys/socket.h>  /* socket library */
 845 #include <stdio.h>       /* include standard I/O library */
 846
 847 int main(int argc, char *argv[])
 848 {
 849     int sock_fd;
 850     int i, nread;
 851     struct sockaddr_in serv_add;
 852     char buffer[MAXLINE];
 853      ...
 854     /* create socket */
 855     if ( (sock_fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) < 0) {
 856         perror("Socket creation error");
 857         return -1;
 858     }
 859     /* initialize address */
 860     memset((void *) &serv_add, 0, sizeof(serv_add)); /* clear server address */
 861     serv_add.sin_family = AF_INET;                   /* address type is INET */
 862     serv_add.sin_port = htons(13);                   /* daytime post is 13 */
 863     /* build address using inet_pton */
 864     if ( (inet_pton(AF_INET, argv[optind], &serv_add.sin_addr)) <= 0) {
 865         perror("Address creation error");
 866         return -1;
 867     }
 868     /* extablish connection */
 869     if (connect(sock_fd, (struct sockaddr *)&serv_add, sizeof(serv_add)) < 0) {
 870         perror("Connection error");
 871         return -1;
 872     }
 873     /* read daytime from server */
 874     while ( (nread = read(sock_fd, buffer, MAXLINE)) > 0) {
 875         buffer[nread]=0;
 876         if (fputs(buffer, stdout) == EOF) {          /* write daytime */
 877             perror("fputs error");
 878             return -1;
 879         }
 880     }
 881     /* error on read */
 882     if (nread < 0) {
 883         perror("Read error");
 884         return -1;
 885     }
 886     /* normal exit */
 887     return 0;
 888 }
 889   \end{lstlisting}
 890   \caption{Esempio di codice di un client elementare per il servizio daytime.}
 891   \label{fig:net_cli_code}
 892 \end{figure}
 893
 894 Il sorgente completo del programma (\file{ElemDaytimeTCPClient.c}, che
 895 comprende il trattamento delle opzioni e una funzione per stampare un
 896 messaggio di aiuto) è allegato alla guida nella sezione dei codici sorgente e
 897 può essere compilato su una qualunque macchina Linux.
 898
 899 Il programma anzitutto include gli header necessari (\texttt{\small 1--5});
 900 dopo la dichiarazione delle variabili (\texttt{\small 9--12}) si è omessa
 901 tutta la parte relativa al trattamento degli argomenti passati dalla linea di
 902 comando (effettuata con le apposite routine illustrate in
 903 \capref{sec:proc_opt_handling}).
 904
 905 Il primo passo (\texttt{\small 14--18}) è creare un \textit{socket} IPv4
 906 (\macro{AF\_INET}), di tipo TCP \macro{SOCK\_STREAM}. La funzione
 907 \macro{socket} ritorna il descrittore che viene usato per identificare il
 908 socket in tutte le chiamate successive. Nel caso la chiamata fallisca si
 909 stampa un errore con la relativa routine e si esce.
 910
 911 Il passo seguente (\texttt{\small 19--27}) è quello di costruire una apposita
 912 struttura \type{sockaddr\_in} in cui sarà inserito l'indirizzo del server ed
 913 il numero della porta del servizio. Il primo passo è inizializzare tutto a
 914 zero, per poi inserire il tipo di protocollo e la porta (usando per
 915 quest'ultima la funzione \func{htons} per convertire il formato dell'intero
 916 usato dal computer a quello usato nella rete), infine si utilizza la funzione
 917 \func{inet\_pton} per convertire l'indirizzo numerico passato dalla linea di
 918 comando.
 919
 920 Usando la funzione \func{connect} sul socket creato in precedenza
 921 (\texttt{\small 28--32}) si provvede poi a stabilire la connessione con il
 922 server specificato dall'indirizzo immesso nella struttura passata come secondo
 923 argomento, il terzo argomento è la dimensione di detta struttura. Dato che
 924 esistono diversi tipi di socket, si è dovuto effettuare un cast della
 925 struttura inizializzata in precedenza, che è specifica per i socket IPv4.  Un
 926 valore di ritorno negativo implica il fallimento della connessione.
 927
 928 Completata con successo la connessione il passo successivo (\texttt{\small
 929   34--40}) è leggere la data dal socket; il server invierà sempre una stringa
 930 di 26 caratteri della forma \verb|Wed Apr 4 00:53:00 2001\r\n|, che viene
 931 letta dalla funzione \func{read} e scritta su \file{stdout}.
 932
 933 Dato il funzionamento di TCP la risposta potrà tornare in un unico pacchetto
 934 di 26 byte (come avverrà senz'altro nel caso in questione) ma potrebbe anche
 935 arrivare in 26 pacchetti di un byte.  Per questo nel caso generale non si può
 936 mai assumere che tutti i dati arrivino con una singola lettura, pertanto
 937 quest'ultima deve essere effettuata in un ciclo in cui si continui a leggere
 938 fintanto che la funzione \func{read} non ritorni uno zero (che significa che
 939 l'altro capo ha chiuso la connessione) o un numero minore di zero (che
 940 significa un errore nella connessione).
 941
 942 Si noti come in questo caso la fine dei dati sia specificata dal server che
 943 chiude la connessione; questa è una delle tecniche possibili (è quella usata
 944 pure dal protocollo HTTP), ma ce ne possono essere altre, ad esempio FTP marca
 945 la conclusione di un blocco di dati con la sequenza ASCII \verb|\r\n|
 946 (carriage return e line feed), mentre il DNS mette la lunghezza in testa ad
 947 ogni blocco che trasmette. Il punto essenziale è che TCP non provvede nessuna
 948 indicazione che permetta di marcare dei blocchi di dati, per cui se questo è
 949 necessario deve provvedere il programma stesso.
 950
 951 \subsection{Un primo esempio di server}
 952 \label{sec:net_serv_sample}
 953
 954 Dopo aver illustrato il client daremo anche un esempio di un server
 955 elementare, in grado di rispondere al precedente client. Il listato è
 956 nuovamente mostrato in \nfig, il sorgente completo
 957 (\file{ElemDaytimeTCPServer.c}) è allegato insieme agli altri file nella
 958 directory \file{sources}.
 959
 960 \begin{figure}[!htbp]
 961   \footnotesize
 962   \begin{lstlisting}{}
 963 #include <sys/types.h>   /* predefined types */
 964 #include <unistd.h>      /* include unix standard library */
 965 #include <arpa/inet.h>   /* IP addresses conversion utilities */
 966 #include <sys/socket.h>  /* socket library */
 967 #include <stdio.h>       /* include standard I/O library */
 968 #include <time.h>
 969 #define MAXLINE 80
 970 #define BACKLOG 10
 971 int main(int argc, char *argv[])
 972 {
 973 /*
 974  * Variables definition
 975  */
 976     int list_fd, conn_fd;
 977     int i;
 978     struct sockaddr_in serv_add;
 979     char buffer[MAXLINE];
 980     time_t timeval;
 981     ...
 982     /* create socket */
 983     if ( (list_fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) < 0) {
 984         perror("Socket creation error");
 985         exit(-1);
 986     }
 987     /* initialize address */
 988     memset((void *)&serv_add, 0, sizeof(serv_add)); /* clear server address */
 989     serv_add.sin_family = AF_INET;                  /* address type is INET */
 990     serv_add.sin_port = htons(13);                  /* daytime port is 13 */
 991     serv_add.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);   /* connect from anywhere */
 992     /* bind socket */
 993     if (bind(list_fd, (struct sockaddr *)&serv_add, sizeof(serv_add)) < 0) {
 994         perror("bind error");
 995         exit(-1);
 996     }
 997     /* listen on socket */
 998     if (listen(list_fd, BACKLOG) < 0 ) {
 999         perror("listen error");
1000         exit(-1);
1001     }
1002     /* write daytime to client */
1003     while (1) {
1004         if ( (conn_fd = accept(list_fd, (struct sockaddr *) NULL, NULL)) <0 ) {
1005             perror("accept error");
1006             exit(-1);
1007         }
1008         timeval = time(NULL);
1009         snprintf(buffer, sizeof(buffer), "%.24s\r\n", ctime(&timeval));
1010         if ( (write(conn_fd, buffer, strlen(buffer))) < 0 ) {
1011             perror("write error");
1012             exit(-1);
1013         }
1014         close(conn_fd);
1015     }
1016     /* normal exit */
1017     exit(0);
1018 }
1019   \end{lstlisting}
1020   \caption{Esempio di codice di un semplice server per il servizio daytime.}
1021   \label{fig:net_serv_code}
1022 \end{figure}
1023
1024 Come per il client si includono gli header necessari a cui è aggiunto quello
1025 per trattare i tempi, e si definiscono alcune costanti e le variabili
1026 necessarie in seguito (\texttt{\small 1--18}), come nel caso precedente si
1027 sono omesse le parti relative al trattamento delle opzioni da riga di comando.
1028
1029 La creazione del socket (\texttt{\small 22--26}) è analoga al caso precedente,
1030 come pure l'inizializzazione della struttura \type{sockaddr\_in}, anche in
1031 questo caso si usa la porta standard del servizio daytime, ma come indirizzo
1032 IP si il valore predefinito \macro{INET\_ANY} che corrisponde ad un indirizzo
1033 generico (\texttt{\small 27--31}).
1034
1035 Si effettua poi (\texttt{\small 32--36}) la chiamata alla funzione
1036 \func{bind} che permette di associare la precedente struttura al socket, in
1037 modo che quest'ultimo possa essere usato per accettare connessioni su una
1038 qualunque delle interfacce di rete locali.
1039
1040 Il passo successivo (\texttt{\small 37--41}) è mettere ``in ascolto'' il
1041 socket, questo viene effettuato con la funzione \func{listen} che dice al
1042 kernel di accettare connessioni per il socket specificato, la funzione indica
1043 inoltre, con il secondo parametro, il numero massimo di connessioni che il
1044 kernel accetterà di mettere in coda per il suddetto socket.
1045
1046 Questa ultima chiamata completa la preparazione del socket per l'ascolto (che
1047 viene chiamato anche \textit{listening descriptor}) a questo punto il processo
1048 è mandato in sleep (\texttt{\small 44--47}) con la successiva chiamata alla
1049 funzione \func{accept}, fin quando non arriva e viene accettata una
1050 connessione da un client.
1051
1052 Quando questo avviene \func{accept} ritorna un secondo descrittore di socket,
1053 che viene chiamato \textit{connected descriptor} che è quello che viene usato
1054 dalla successiva chiamata alla \func{write} per scrivere la risposta al
1055 client, una volta che si è opportunamente (\texttt{\small 48--49}) costruita
1056 la stringa con la data da trasmettere. Completata la trasmissione il nuovo
1057 socket viene chiuso (\texttt{\small 54}).  Il tutto è inserito in un ciclo
1058 infinito (\texttt{\small 42--55}) in modo da poter ripetere l'invio della data
1059 ad una successiva connessione.
1060
1061 È importante notare che questo server è estremamente elementare, infatti a
1062 parte il fatto di essere dipendente da IPv4, esso è in grado di servire solo
1063 un client alla volta, è cioè un \textsl{server iterativo}, inoltre esso è
1064 scritto per essere lanciato da linea di comando, se lo si volesse utilizzare
1065 come demone di sistema (che è in esecuzione anche quando non c'è nessuna shell
1066 attiva e il terminale da cui lo si è lanciato è stato sconnesso),
1067 occorrerebbero delle opportune modifiche.