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11 \chapter{Introduzione ai socket}
12 \label{cha:socket_intro}
14 In questo capitolo inizieremo a spiegare le caratteristiche salienti della
15 principale interfaccia per la programmazione di rete, quella dei
16 \textit{socket}, che, pur essendo nata in ambiente Unix è usata ormai da tutti
19 Dopo una breve panoramica sulle caratteristiche di questa interfaccia vedremo
20 come creare un socket e come collegarlo allo specifico protocollo di rete che
21 si utilizzerà per la comunicazione. Per evitare un'introduzione puramente
22 teorica concluderemo il capitolo con un primo esempio di applicazione.
24 \section{Una panoramica}
25 \label{sec:sock_overview}
27 Iniziamo con una descrizione essenziale di cosa sono i \textit{socket} e di
28 quali sono i concetti fondamentali da tenere presente quando si ha a che fare
33 \subsection{I \textit{socket}}
34 \label{sec:sock_socket_def}
36 I \textit{socket}\footnote{una traduzione letterale potrebbe essere
37 \textsl{presa}, ma essendo universalmente noti come socket utilizzeremo
38 sempre la parola inglese.} sono uno dei principali meccanismi di
39 comunicazione utilizzato in ambito Unix, e li abbiamo brevemente incontrati in
40 \secref{sec:ipc_socketpair}, fra i vari meccanismi di intercominazione fra
41 processi. Un socket costituisce in sostanza un canale di comunicazione fra due
42 processi su cui si possono leggere e scrivere dati analogo a quello di una
43 pipe (vedi \secref{sec:ipc_pipes}) ma, a differenza di questa e degli altri
44 meccanismi esaminati nel capitolo \capref{cha:IPC}, i socket non sono limitati
45 alla comunicazione fra processi che girano sulla stessa macchina, ma possono
46 realizzare la comunicazione anche attraverso la rete.
48 Quella dei socket costituisce infatti la principale interfaccia usata nella
49 programmazione di rete. La loro origine risale al 1983, quando furono
50 introdotti in BSD 4.2; l'interfaccia è rimasta sostanzialmente la stessa, con
51 piccole modifiche, negli anni successivi. Benché siano state sviluppate
52 interfacce alternative, originate dai sistemi SVr4 come la XTI (\textit{X/Open
53 Transport Interface}) nessuna ha mai raggiunto la diffusione e la popolarità
54 di quella dei socket (né tantomeno la stessa usabilità e flessibilità).
56 La flessibilità e la genericità dell'interfaccia inoltre consente di
57 utilizzare i socket con i più disparati meccanismi di comunicazione, e non
58 solo con la suite dei protocolli TCP/IP, anche se questa sarà comunque quella
59 di cui tratteremo in maniera più estesa.
62 \subsection{Concetti base}
65 Per capire il funzionamento dei socket occorre avere presente il funzionamento
66 dei protocolli di rete (vedi \capref{cha:network}), ma l'interfaccia è del
67 tutto generale e benché le problematiche (e quindi le modalità di risolvere i
68 problemi) siano diverse a seconda del tipo di protocollo di comunicazione
69 usato, le funzioni da usare restano le stesse.
71 Per questo motivo una semplice descrizione dell'interfaccia è assolutamente
72 inutile, in quanto il comportamento di quest'ultima e le problematiche da
73 affrontare cambiano radicalmente a seconda dello \textsl{stile} di
74 comunicazione usato. La scelta di questo stile va infatti ad incidere sulla
75 semantica che verrà utilizzata a livello utente per gestire la comunicazione
76 (su come inviare e ricevere i dati) e sul comportamento effettivo delle
79 La scelta di uno stile dipende sia dai meccanismi disponibili, sia dal tipo di
80 comunicazione che si vuole effettuare. Ad esempio alcuni stili di
81 comunicazione considerano i dati come una sequenza continua di byte, altri
82 invece li raggruppano in blocchi (i pacchetti).
84 Un'altro esempio di stile concerne la possibilità che la comunicazione possa o
85 meno perdere dati, possa o meno non rispettare l'ordine in cui essi non sono
86 inviati, o inviare dei pacchetti più volte (come nel caso di TCP e UDP).
88 Un terzo esempio di stile di comunicazione concerne le modalità in cui essa
89 avviene, in certi casi essa può essere condotta con una connessione diretta
90 con un solo corrispondente, come per una telefonata; altri casi possono
91 prevedere una comunicazione come per lettera, in cui si scrive l'indirizzo su
92 ogni pacchetto, altri ancora una comunicazione \textit{broadcast} come per la
93 radio, in cui i pacchetti vengono emessi su appositi ``\textsl{canali}'' dove
94 chiunque si collega possa riceverli.
96 É chiaro che ciascuno di questi stili comporta una modalità diversa di gestire
97 la comunicazione, ad esempio se è inaffidabile occorrerà essere in grado di
98 gestire la perdita o il rimescolamento dei dati.
101 \section{La creazione di un \textit{socket}}
102 \label{sec:sock_creation}
104 Come accennato l'interfaccia dei socket è estremamente flessibile e permette
105 di interagire con protocolli di comunicazione anche molto diversi fra di loro;
106 in questa sezione vedremo come è possibile creare un socket e come specificare
107 il tipo di comunicazione che esso deve utilizzare.
109 \subsection{La funzione \func{socket}}
110 \label{sec:sock_socket}
112 La creazione di un socket avviene attraverso l'uso della funzione
113 \funcd{socket}; questa restituisce un \textit{file descriptor}\footnote{del
114 tutto analogo a quelli che si ottengono per i file di dati e le pipe,
115 descritti in \secref{sec:file_fd}.} che serve come riferimento al socket; il
117 \begin{prototype}{sys/socket.h}{int socket(int domain, int type, int protocol)}
121 \bodydesc{La funzione restituisce un intero positivo in caso di successo, e
122 -1 in caso di fallimento, nel qual caso la variabile \var{errno} assumerà
125 \item[\errcode{EPROTONOSUPPORT}] Il tipo di socket o il protocollo scelto non
126 sono supportati nel dominio.
127 \item[\errcode{ENFILE}] Il kernel non ha memoria sufficiente a creare una
128 nuova struttura per il socket.
129 \item[\errcode{EMFILE}] Si è ecceduta la tabella dei file.
130 \item[\errcode{EACCES}] Non si hanno privilegi per creare un socket nel
131 dominio o con il protocollo specificato.
132 \item[\errcode{EINVAL}] Protocollo sconosciuto o dominio non disponibile.
133 \item[\errcode{ENOBUFS}] Non c'è sufficiente memoria per creare il socket
134 (può essere anche \errval{ENOMEM}).
138 La funzione ha tre argomenti, \param{domain} specifica il dominio del socket
139 (definisce cioè la famiglia di protocolli, come vedremo in
140 \secref{sec:sock_domain}), \param{type} specifica il tipo di socket (definisce
141 cioè lo stile di comunicazione, come vedremo in \secref{sec:sock_type}) e
142 \param{protocol} il protocollo; in genere quest'ultimo è indicato
143 implicitamente dal tipo di socket, per cui viene messo a zero (con l'eccezione
144 dei \textit{raw socket}).
146 Si noti che la creazione del socket si limita ad allocare le opportune
147 strutture nel kernel (sostanzialmente una voce nella \textit{file table}) e
148 non comporta nulla riguardo all'indicazione degli indirizzi remoti o locali
149 attraverso i quali si vuole effettuare la comunicazione.
151 \subsection{Il dominio, o \textit{protocol family}}
152 \label{sec:sock_domain}
154 Dati i tanti e diversi protocolli di comunicazione disponibili, esistono vari
155 tipi di socket, che vengono classificati raggruppandoli in quelli che si
156 chiamano \textsl{domini}. La scelta di un dominio equivale in sostanza alla
157 scelta di una famiglia di protocolli, e viene effettuata attraverso
158 l'argomento \param{domain} della funzione \func{socket}. Ciascun dominio ha un
159 suo nome simbolico che convenzionalmente inizia con una costante che inizia
160 per \texttt{PF\_}, iniziali di \textit{protocol family}, un altro nome con cui
161 si indicano i domini.
163 A ciascun tipo di dominio corrisponde un analogo nome simbolico, anch'esso
164 associato ad una costante, che inizia invece per \texttt{AF\_} (da
165 \textit{address family}) che identifica il formato degli indirizzi usati in
166 quel dominio. Le pagine di manuale di Linux si riferiscono a questi indirizzi
167 anche come \textit{name space},\footnote{nome che invece il manuale delle
168 \acr{glibc} riserva a quello che noi abbiamo chiamato domini.} dato che
169 identificano il formato degli indirizzi usati in quel dominio per identificare
170 i capi della comunicazione.
175 \begin{tabular}[c]{|l|l|l|l|}
177 \textbf{Nome}&\textbf{Valore}&\textbf{Utilizzo}&\textbf{Man page} \\
180 \const{PF\_UNSPEC} & 0& Non specificato & \\
181 \const{PF\_LOCAL} & 1& Local communication & unix(7) \\
182 \const{PF\_UNIX}, \const{PF\_FILE}&1& & \\
183 \const{PF\_INET} & 2& IPv4 Internet protocols & ip(7) \\
184 \const{PF\_AX25} & 3& Amateur radio AX.25 protocol & \\
185 \const{PF\_IPX} & 4& IPX - Novell protocols & \\
186 \const{PF\_APPLETALK}& 5& Appletalk & ddp(7) \\
187 \const{PF\_NETROM} & 6& Amateur radio NetROM & \\
188 \const{PF\_BRIDGE} & 7& Multiprotocol bridge & \\
189 \const{PF\_ATMPVC} & 8& Access to raw ATM PVCs & \\
190 \const{PF\_X25} & 9& ITU-T X.25 / ISO-8208 protocol& x25(7) \\
191 \const{PF\_INET6} &10& IPv6 Internet protocols & ipv6(7) \\
192 \const{PF\_ROSE} &11& Amateur Radio X.25 PLP & \\
193 \const{PF\_DECnet} &12& Reserved for DECnet project & \\
194 \const{PF\_NETBEUI} &13& Reserved for 802.2LLC project & \\
195 \const{PF\_SECURITY} &14& Security callback pseudo AF & \\
196 \const{PF\_KEY} &15& PF\_KEY key management API & \\
197 \const{PF\_NETLINK} &16& Kernel user interface device & netlink(7) \\
198 \const{PF\_PACKET} &17& Low level packet interface & packet(7) \\
199 \const{PF\_ASH} &18& Ash & \\
200 \const{PF\_ECONET} &19& Acorn Econet & \\
201 \const{PF\_ATMSVC} &20& ATM SVCs & \\
202 \const{PF\_SNA} &22& Linux SNA Project & \\
203 \const{PF\_IRDA} &23& IRDA sockets & \\
204 \const{PF\_PPPOX} &24& PPPoX sockets & \\
205 \const{PF\_WANPIPE} &25& Wanpipe API sockets & \\
206 \const{PF\_BLUETOOTH}&31& Bluetooth sockets & \\
209 \caption{Famiglie di protocolli definiti in Linux.}
210 \label{tab:net_pf_names}
213 L'idea alla base della distinzione fra questi due insiemi di costanti era che
214 una famiglia di protocolli potesse supportare vari tipi di indirizzi, per cui
215 il prefisso \texttt{PF\_} si sarebbe dovuto usare nella creazione dei socket e
216 il prefisso \texttt{AF\_} in quello delle strutture degli indirizzi; questo è
217 quanto specificato anche dallo standard POSIX.1g, ma non esistono a tuttora
218 famiglie di protocolli che supportino diverse strutture di indirizzi, per cui
219 nella pratica questi due nomi sono equivalenti e corrispondono agli stessi
220 valori numerici.\footnote{in Linux, come si può verificare andando a guardare
221 il contenuto di \file{bits/socket.h} le costanti sono esattamente le stesse
222 e ciascuna \texttt{AF\_} è definita alla corrispondente \texttt{PF\_} e con
225 I domini (e i relativi nomi simbolici), così come i nomi delle famiglie di
226 indirizzi, sono definiti dall'header \textit{socket.h}. Un elenco delle
227 famiglie di protocolli disponibili in Linux è riportato in
228 \tabref{tab:net_pf_names}.\footnote{l'elenco indica tutti i protocolli
229 definiti; fra questi però saranno utilizzabili solo quelli per i quali si è
230 compilato il supporto nel kernel (o si sono caricati gli opportuni moduli),
231 viene definita anche una costante \const{PF\_MAX} che indica il valore
232 massimo associabile ad un dominio (nel caso 32).}
234 Si tenga presente che non tutte le famiglie di protocolli sono utilizzabili
235 dall'utente generico, ad esempio in generale tutti i socket di tipo
236 \const{SOCK\_RAW} possono essere creati solo da processi che hanno i privilegi
237 di amministratore (cioè con user-ID effettivo uguale a zero) o dotati della
238 capability \texttt{CAP\_NET\_RAW}.
241 \subsection{Il tipo, o stile}
242 \label{sec:sock_type}
244 La scelta di un dominio non comporta però la scelta dello stile di
245 comunicazione, questo infatti viene a dipendere dal protocollo che si andrà ad
246 utilizzare fra quelli disponibili nella famiglia scelta. L'interfaccia dei
247 socket permette di scegliere lo stile di comunicazione indicando il tipo di
248 socket con l'argomento \param{type} di \func{socket}. Linux mette a
249 disposizione vari tipi di socket (che corrispondono a quelli che il manuale
250 della \acr{glibc} \cite{glibc} chiama \textit{styles}) identificati dalle
253 \begin{basedescript}{\desclabelwidth{2.8cm}\desclabelstyle{\nextlinelabel}}
254 \item[\const{SOCK\_STREAM}] Provvede un canale di trasmissione dati
255 bidirezionale, sequenziale e affidabile. Opera su una connessione con un
256 altro socket. I dati vengono ricevuti e trasmessi come un flusso continuo di
257 byte (da cui il nome \textit{stream}).
258 \item[\const{SOCK\_DGRAM}] Viene usato per mandare pacchetti di lunghezza
259 massima fissata (\textit{datagram}) indirizzati singolarmente, senza
260 connessione e in maniera non affidabile. È l'opposto del precedente.
261 \item[\const{SOCK\_SEQPACKET}] Provvede un canale di trasmissione di dati
262 bidirezionale, sequenziale e affidabile. Opera su una connessione con un
263 altro socket. I dati possono solo essere trasmessi e letti per pacchetti (di
264 dimensione massima fissata).
265 \item[\const{SOCK\_RAW}] Provvede l'accesso a basso livello ai protocolli di
266 rete e alle varie interfacce. I normali programmi di comunicazione non
268 \item[\const{SOCK\_RDM}] Provvede un canale di trasmissione di pacchetti
269 affidabile ma in cui non è garantito l'ordine di arrivo dei pacchetti.
270 \item[\const{SOCK\_PACKET}] Obsoleto, non deve essere usato.
273 Si tenga presente che non tutte le combinazioni fra una famiglia di protocolli
274 e un tipo di socket sono valide, in quanto non è detto che in una famiglia
275 esista un protocollo per ciascuno dei diversi stili di comunicazione appena
281 \begin{tabular}{|l|c|c|c|c|c|}
283 \multicolumn{1}{|c|}{\textbf{Famiglia}}&
284 \multicolumn{5}{|c|}{\textbf{Tipo}}\\
287 &\const{SOCK\_STREAM} &\const{SOCK\_DGRAM} &\const{SOCK\_RAW}&
288 \const{SOCK\_PACKET}&\const{SOCK\_SEQPACKET} \\
290 \const{PF\_UNIX} & si & si & & & \\
292 \const{PF\_INET} & TCP & UDP & IPv4 & & \\
294 \const{PF\_INET6} & TCP & UDP & IPv6 & & \\
296 \const{PF\_IPX} & & & & & \\
298 \const{PF\_NETLINK} & & si & si & & \\
300 \const{PF\_X25} & & & & & si \\
302 \const{PF\_AX25} & & & & & \\
304 \const{PF\_ATMPVC} & & & & & \\
306 \const{PF\_APPLETALK} & & si & si & & \\
308 \const{PF\_PACKET} & & si & si & & \\
311 \caption{Combinazioni valide di dominio e tipo di protocollo per la
312 funzione \func{socket}.}
313 \label{tab:sock_sock_valid_combinations}
316 In \secref{tab:sock_sock_valid_combinations} sono mostrate le combinazioni
317 valide possibili per le principali famiglie di protocolli. Per ogni
318 combinazione valida si è indicato il tipo di protocollo, o la parola
319 \textsl{si} qualora non il protocollo non abbia un nome definito, mentre si
320 sono lasciate vuote le caselle per le combinazioni non supportate.
323 \section{Le strutture degli indirizzi dei socket}
324 \label{sec:sock_sockaddr}
326 Come si è visto nella creazione di un socket non si specifica nulla oltre al
327 tipo di famiglia di protocolli che si vuole utilizzare, in particolare nessun
328 indirizzo che identifichi i due capi della comunicazione. La funzione infatti
329 si limita ad allocare nel kernel quanto necessario per poter poi realizzare la
332 Gli indirizzi infatti vengono specificati attraverso apposite strutture che
333 vengono utilizzate dalle altre funzioni della interfaccia dei socket, quando
334 la comunicazione viene effettivamente realizzata. Ogni famiglia di protocolli
335 ha ovviamente una sua forma di indirizzamento e in corrispondenza a questa una
336 sua peculiare struttura degli indirizzi; i nomi di tutte queste strutture
337 iniziano per \var{sockaddr\_}, quelli propri di ciascuna famiglia vengono
338 identificati dal suffisso finale, aggiunto al nome precedente.
341 \subsection{La struttura generica}
342 \label{sec:sock_sa_gen}
344 Le strutture degli indirizzi vengono sempre passate alle varie funzioni
345 attraverso puntatori (cioè \textit{by reference}), ma le funzioni devono poter
346 maneggiare puntatori a strutture relative a tutti gli indirizzi possibili
347 nelle varie famiglie di protocolli; questo pone il problema di come passare
348 questi puntatori, il C moderno risolve questo problema coi i puntatori
349 generici (i \ctyp{void *}), ma l'interfaccia dei socket è antecedente alla
350 definizione dello standard ANSI C, e per questo nel 1982 fu scelto di definire
351 una struttura generica per gli indirizzi dei socket, \struct{sockaddr}, che si
352 è riportata in \figref{fig:sock_sa_gen_struct}.
355 \footnotesize \centering
356 \begin{minipage}[c]{15cm}
357 \begin{lstlisting}[labelstep=0]{}%,frame=,indent=1cm]{}
359 sa_family_t sa_family; /* address family: AF_xxx */
360 char sa_data[14]; /* address (protocol-specific) */
364 \caption{La struttura generica degli indirizzi dei socket
366 \label{fig:sock_sa_gen_struct}
369 Tutte le funzioni dei socket che usano gli indirizzi sono definite usando nel
370 prototipo un puntatore a questa struttura; per questo motivo quando si
371 invocano dette funzioni passando l'indirizzo di un protocollo specifico
372 occorrerà eseguire una coversione (il \textit{casting}) del relativo
375 I tipi di dati che compongono la struttura sono stabiliti dallo standard
376 POSIX.1g e li abbiamo riassunti in \tabref{tab:sock_data_types} con i
377 rispettivi file di include in cui sono definiti; la struttura è invece
378 definita nell'include file \file{sys/socket.h}.
383 \begin{tabular}{|l|l|l|}
385 \multicolumn{1}{|c|}{\textbf{Tipo}}&
386 \multicolumn{1}{|c|}{\textbf{Descrizione}}&
387 \multicolumn{1}{|c|}{\textbf{Header}} \\
390 \type{int8\_t} & intero a 8 bit con segno & \file{sys/types.h}\\
391 \type{uint8\_t} & intero a 8 bit senza segno & \file{sys/types.h}\\
392 \type{int16\_t} & intero a 16 bit con segno & \file{sys/types.h}\\
393 \type{uint16\_t} & intero a 16 bit senza segno& \file{sys/types.h}\\
394 \type{int32\_t} & intero a 32 bit con segno & \file{sys/types.h}\\
395 \type{uint32\_t} & intero a 32 bit senza segno& \file{sys/types.h}\\
397 \type{sa\_family\_t} & famiglia degli indirizzi& \file{sys/socket.h}\\
398 \type{socklen\_t} & lunghezza (\type{uint32\_t}) dell'indirizzo di
399 un socket& \file{sys/socket.h}\\
401 \type{in\_addr\_t} & indirizzo IPv4 (\type{uint32\_t}) &
402 \file{netinet/in.h}\\
403 \type{in\_port\_t} & porta TCP o UDP (\type{uint16\_t})&
404 \file{netinet/in.h}\\
407 \caption{Tipi di dati usati nelle strutture degli indirizzi, secondo quanto
408 stabilito dallo standard POSIX.1g.}
409 \label{tab:sock_data_types}
412 In alcuni sistemi la struttura è leggermente diversa e prevede un primo membro
413 aggiuntivo \code{uint8\_t sin\_len} (come riportato da R. Stevens in
414 \cite{UNP1}). Questo campo non verrebbe usato direttamente dal programmatore e
415 non è richiesto dallo standard POSIX.1g, in Linux pertanto non esiste. Il
416 campo \type{sa\_family\_t} era storicamente un \ctyp{unsigned short}.
418 Dal punto di vista del programmatore l'unico uso di questa struttura è quello
419 di fare da riferimento per il casting, per il kernel le cose sono un po'
420 diverse, in quanto esso usa il puntatore per recuperare il campo
421 \var{sa\_family} con cui determinare il tipo di indirizzo; per questo
422 motivo, anche se l'uso di un puntatore \ctyp{void *} sarebbe più immediato
423 per l'utente (che non dovrebbe più eseguire il casting), è stato mantenuto
424 l'uso di questa struttura.
427 \subsection{La struttura degli indirizzi IPv4}
428 \label{sec:sock_sa_ipv4}
430 I socket di tipo \const{PF\_INET} vengono usati per la comunicazione
431 attraverso internet; la struttura per gli indirizzi per un socket internet (se
432 si usa IPv4) è definita come \struct{sockaddr\_in} nell'header file
433 \file{netinet/in.h} ed ha la forma mostrata in
434 \figref{fig:sock_sa_ipv4_struct}, conforme allo standard POSIX.1g.
437 \footnotesize\centering
438 \begin{minipage}[c]{15cm}
439 \begin{lstlisting}[labelstep=0]{}%,frame=,indent=1cm]{}
441 sa_family_t sin_family; /* address family: AF_INET */
442 in_port_t sin_port; /* port in network byte order */
443 struct in_addr sin_addr; /* internet address */
445 /* Internet address. */
447 in_addr_t s_addr; /* address in network byte order */
451 \caption{La struttura degli indirizzi dei socket internet (IPv4)
452 \structd{sockaddr\_in}.}
453 \label{fig:sock_sa_ipv4_struct}
456 L'indirizzo di un socket internet (secondo IPv4) comprende l'indirizzo
457 internet di un'interfaccia più un numero di porta. Il protocollo IP non
458 prevede numeri di porta, che sono utilizzati solo dai protocolli di livello
459 superiore come TCP e UDP. Questa struttura però viene usata anche per i socket
460 RAW che accedono direttamente al livello di IP, nel qual caso il numero della
461 porta viene impostato al numero di protocollo.
463 Il membro \var{sin\_family} deve essere sempre impostato a \const{AF\_INET},
464 altrimenti si avrà un errore di \errcode{EINVAL}; il membro \var{sin\_port}
465 specifica il \textsl{numero di porta} (affronteremo in dettaglio in le
466 \textsl{porte} in \secref{sec:TCPel_port_num}). I numeri di porta sotto il
467 1024 sono chiamati \textsl{riservati} in quanto utilizzati da servizi standard
468 e soltanto processi con i privilegi di amministratore (con user-ID effettivo
469 uguale a zero) o con la capability \texttt{CAP\_NET\_BIND\_SERVICE} possono
470 usare la funzione \func{bind} (che vedremo in \secref{sec:TCPel_func_bind}) su
473 Il membro \var{sin\_addr} contiene un indirizzo internet, e viene acceduto sia
474 come struttura (un resto di una implementazione precedente in cui questa era
475 una \direct{union} usata per accedere alle diverse classi di indirizzi) che
476 direttamente come intero. In \file{netinet/in.h} vengono definiti anche alcune
477 costanti per alcuni indirizzi speciali, che vedremo in
478 \tabref{tab:TCPel_ipv4_addr}.
480 Infine occorre sottolineare che sia gli indirizzi che i numeri di porta devono
481 essere specificati in quello che viene chiamato \textit{network order}, cioè
482 con i bit ordinati in formato \textit{big endian}, questo comporta la
483 necessità di usare apposite funzioni di conversione per mantenere la
484 portabilità del codice (vedi \secref{sec:sock_addr_func} per i dettagli del
485 problema e le relative soluzioni).
488 \subsection{La struttura degli indirizzi IPv6}
489 \label{sec:sock_sa_ipv6}
491 Essendo IPv6 un'estensione di IPv4, i socket di tipo \const{PF\_INET6} sono
492 sostanzialmente identici ai precedenti; la parte in cui si trovano
493 praticamente tutte le differenze fra i due socket è quella della struttura
494 degli indirizzi; la sua definizione, presa da \file{netinet/in.h}, è riportata
495 in \figref{fig:sock_sa_ipv6_struct}.
498 \footnotesize \centering
499 \begin{minipage}[c]{15cm}
500 \begin{lstlisting}[labelstep=0]{}%,frame=,indent=1cm]{}
501 struct sockaddr_in6 {
502 uint16_t sin6_family; /* AF_INET6 */
503 in_port_t sin6_port; /* port number */
504 uint32_t sin6_flowinfo; /* IPv6 flow information */
505 struct in6_addr sin6_addr; /* IPv6 address */
506 uint32_t sin6_scope_id; /* Scope id (new in 2.4) */
510 uint8_t s6_addr[16]; /* IPv6 address */
514 \caption{La struttura degli indirizzi dei socket IPv6
515 \structd{sockaddr\_in6}.}
516 \label{fig:sock_sa_ipv6_struct}
519 Il campo \var{sin6\_family} deve essere sempre impostato ad \const{AF\_INET6},
520 il campo \var{sin6\_port} è analogo a quello di IPv4 e segue le stesse regole;
521 il campo \var{sin6\_flowinfo} è a sua volta diviso in tre parti di cui i 24
522 bit inferiori indicano l'etichetta di flusso, i successivi 4 bit la priorità e
523 gli ultimi 4 sono riservati. Questi valori fanno riferimento ad alcuni campi
524 specifici dell'header dei pacchetti IPv6 (vedi \secref{sec:IP_ipv6head}) ed il
525 loro uso è sperimentale.
527 Il campo \var{sin6\_addr} contiene l'indirizzo a 128 bit usato da IPv6, infine
528 il campo \var{sin6\_scope\_id} è un campo introdotto in Linux con il kernel
529 2.4, per gestire alcune operazioni riguardanti il multicasting.
531 Si noti che questa struttura è più grande della \struct{sockaddr} generica
532 vista in \figref{fig:sock_sa_gen_struct}, quindi occorre stare attenti a non
533 avere fatto assunzioni riguardo alla possibilità di contenere i dati nelle
534 dimensioni di quest'ultima.
537 \subsection{La struttura degli indirizzi locali}
538 \label{sec:sock_sa_local}
540 I socket di tipo \const{PF\_UNIX} o \const{PF\_LOCAL} vengono usati per una
541 comunicazione fra processi che stanno sulla stessa macchina (per vengono
542 chiamati \textit{local domain} o anche \textit{Unix domain}); essi rispetto ai
543 precedenti possono essere anche creati in maniera anonima attraverso la
544 funzione \func{socketpair} (vedi \secref{sec:ipc_socketpair}). Quando però si
545 vuole fare riferimento esplicito ad uno di questi socket si deve usare una
546 struttura degli indirizzi di tipo \struct{sockaddr\_un}, la cui definizione si
547 è riportata in \secref{fig:sock_sa_local_struct}.
550 \footnotesize \centering
551 \begin{minipage}[c]{15cm}
552 \begin{lstlisting}[labelstep=0]{}%,frame=,indent=1cm]{}
553 #define UNIX_PATH_MAX 108
555 sa_family_t sun_family; /* AF_UNIX */
556 char sun_path[UNIX_PATH_MAX]; /* pathname */
560 \caption{La struttura degli indirizzi dei socket locali (detti anche
561 \textit{unix domain}) \structd{sockaddr\_un} definita in \file{sys/un.h}.}
562 \label{fig:sock_sa_local_struct}
565 In questo caso il campo \var{sun\_family} deve essere \const{AF\_UNIX}, mentre
566 il campo \var{sun\_path} deve specificare un indirizzo. Questo ha due forme:
567 un file (di tipo socket) nel filesystem o una stringa univoca (mantenuta in
568 uno spazio di nomi astratto). Nel primo caso l'indirizzo viene specificato
569 come una stringa (terminata da uno zero) corrispondente al pathname del file;
570 nel secondo invece \var{sun\_path} inizia con uno zero e vengono usati i
571 restanti byte come stringa, senza terminazione.
574 \subsection{La struttura degli indirizzi AppleTalk}
575 \label{sec:sock_sa_appletalk}
577 I socket di tipo \const{PF\_APPLETALK} sono usati dalla libreria
578 \file{netatalk} per implementare la comunicazione secondo il protocollo
579 AppleTalk, uno dei primi protocolli di rete usato nel mondo dei personal
580 computer, usato dalla Apple per connettere fra loro computer e stampanti. Il
581 kernel supporta solo due strati del protocollo, DDP e AARP, e di norma è
582 opportuno usare le funzioni della libreria \texttt{netatalk}, tratteremo qui
583 questo argomento principalmente per mostrare l'uso di un protocollo
586 I socket AppleTalk permettono di usare il protocollo DDP, che è un protocollo
587 a pacchetto, di tipo \const{SOCK\_DGRAM}; l'argomento \param{protocol} di
588 \func{socket} deve essere nullo. È altresì possibile usare i socket raw
589 specificando un tipo \const{SOCK\_RAW}, nel qual caso l'unico valore valido
590 per \param{protocol} è \func{ATPROTO\_DDP}.
592 Gli indirizzi AppleTalk devono essere specificati tramite una struttura
593 \struct{sockaddr\_atalk}, la cui definizione è riportata in
594 \figref{fig:sock_sa_atalk_struct}; la struttura viene dichiarata includendo il
595 file \file{netatalk/at.h}.
598 \footnotesize \centering
599 \begin{minipage}[c]{15cm}
600 \begin{lstlisting}[labelstep=0]{}%,frame=,indent=1cm]{}
601 struct sockaddr_atalk {
602 sa_family_t sat_family; /* address family */
603 uint8_t sat_port; /* port */
604 struct at_addr sat_addr; /* net/node */
613 \caption{La struttura degli indirizzi dei socket AppleTalk
614 \structd{sockaddr\_atalk}.}
615 \label{fig:sock_sa_atalk_struct}
618 Il campo \var{sat\_family} deve essere sempre \const{AF\_APPLETALK}, mentre il
619 campo \var{sat\_port} specifica la porta che identifica i vari servizi. Valori
620 inferiori a 129 sono usati per le \textsl{porte riservate}, e possono essere
621 usati solo da processi con i privilegi di amministratore o con la capability
622 \const{CAP\_NET\_BIND\_SERVICE}. L'indirizzo remoto è specificato nella
623 struttura \var{sat\_addr}, e deve essere in \textit{network order}; esso è
624 composto da un parte di rete data dal campo \var{s\_net}, che può assumere il
625 valore \const{AT\_ANYNET}, che indica una rete genrica e vale anche per
626 indicare la rete su cui si è, il singolo nodo è indicato da \var{s\_node}, e
627 può prendere il valore generico \const{AT\_ANYNODE} che indica anche il nodo
628 corrente, ed il valore \const{ATADDR\_BCAST} che indica tutti i nodi della
631 %% \subsection{La struttura degli indirizzi DECnet}
632 %% \label{sec:sock_sa_decnet}
634 %% I socket di tipo \const{PF\_DECnet} usano il protocollo DECnet, usato dai VAX
635 %% Digital sotto VMS quando ancora il TCP/IP non era diventato lo standard di
636 %% fatto. Il protocollo è un protocollo chiuso, ed il suo uso attuale è limitato
637 %% alla comunicazione con macchine che stanno comunque scomparendo. Lo si riporta
642 % \subsection{Il passaggio delle strutture}
643 % \label{sec:sock_addr_pass}
645 % Come detto nelle funzioni della API dei socket le strutture degli indirizzi
646 % vengono sempre passate per riferimento usando un puntatore; anche la lunghezza
647 % della struttura è passata come argomento, ma in questo caso la modalità del
648 % passaggio dipende dalla direzione del medesimo, dal processo al kernel o
651 % In particolare le tre funzioni \texttt{bind}, \texttt{connect} e
652 % \texttt{sendto} passano la struttura al kernel, in questo caso è passata
653 % \textsl{per valore} anche la dimensione della medesima
656 % Le funzioni \texttt{accept}, \texttt{recvfrom}, \texttt{getsockname} e
657 % \texttt{getpeername} invece ricevono i valori del kernel
661 \section{Le funzioni di conversione degli indirizzi}
662 \label{sec:sock_addr_func}
664 In questa sezione tratteremo delle varie funzioni usate per manipolare gli
665 indirizzi, limitandoci però agli indirizzi internet.
667 Come accennato gli indirizzi e i numeri di porta usati nella rete devono
668 essere forniti in formato opportuno (il \textit{network order}). Per capire
669 cosa significa tutto ciò occorre introdurre un concetto generale che tornerà
670 utile anche in seguito.
673 \subsection{La \textit{endianess}\index{endianess}}
674 \label{sec:sock_endianess}
676 La rappresentazione di un numero binario in un computer può essere fatta in
677 due modi, chiamati rispettivamente \textit{big endian} e \textit{little
678 endian} a seconda di come i singoli bit vengono aggregati per formare le
679 variabili intere (ed in genere in diretta corrispondenza a come sono poi in
680 realtà cablati sui bus interni del computer).
682 Per capire meglio il problema si consideri un intero a 16 bit scritto in una
683 locazione di memoria posta ad un certo indirizzo. I singoli bit possono essere
684 disposti un memoria in due modi: a partire dal più significativo o a partire
685 dal meno significativo. Così nel primo caso si troverà il byte che contiene i
686 bit più significativi all'indirizzo menzionato e il byte con i bit meno
687 significativi nell'indirizzo successivo; questo ordinamento è detto
688 \textit{little endian} dato che il dato finale è la parte ``piccola'' del
689 numero. Il caso opposto, in cui si parte dal bit meno significativo è detto
690 per lo stesso motivo \textit{big endian}.
692 La \textit{endianess}\index{endianess} di un computer dipende essenzialmente
693 dalla architettura hardware usata; Intel e Digital usano il \textit{little
694 endian}, Motorola, IBM, Sun (sostanzialmente tutti gli altri) usano il
695 \textit{big endian}. Il formato della rete è anch'esso \textit{big endian},
696 altri esempi di uso di questi formati sono quello del bus PCI, che è
697 \textit{little endian}, o quello del bus VME che è \textit{big endian}.
699 Esistono poi anche dei processori che possono scegliere il tipo di formato
700 all'avvio e alcuni che, come il PowerPC o l'Intel i860, possono pure passare
701 da un tipo di ordinamento all'altro con una specifica istruzione. In ogni caso
702 in Linux l'ordinamento è definito dall'architettura e dopo l'avvio del sistema
703 resta sempre lo stesso, anche quando il processore permetterebbe di eseguire
706 \subsection{Le funzioni per il riordinamento}
707 \label{sec:sock_func_ord}
709 Il problema connesso all'endianess\index{endianess} è che quando si passano
710 dei dati da un tipo di architettura all'altra i dati vengono interpretati in
711 maniera diversa, e ad esempio nel caso dell'intero a 16 bit ci si ritroverà
712 con i due byte in cui è suddiviso scambiati di posto, e ne sarà quindi
713 invertito l'ordine di lettura per cui, per riavere il valore originale,
714 dovranno essere rovesciati.
716 Per questo motivo si usano delle funzioni di conversione che servono a tener
717 conto automaticamente della possibile differenza fra l'ordinamento usato sul
718 computer e quello che viene usato nelle trasmissione sulla rete; queste
719 funzioni sono \funcd{htonl}, \funcd{htons}, \funcd{ntonl} e \funcd{ntons} ed i
720 rispettivi prototipi sono:
722 \headdecl{netinet/in.h}
723 \funcdecl{unsigned long int htonl(unsigned long int hostlong)}
724 Converte l'intero a 32 bit \param{hostlong} dal formato della macchina a
727 \funcdecl{unsigned short int htons(unsigned short int hostshort)}
728 Converte l'intero a 16 bit \param{hostshort} dal formato della macchina a
731 \funcdecl{unsigned long int ntonl(unsigned long int netlong)}
732 Converte l'intero a 32 bit \param{netlong} dal formato della rete a quello
735 \funcdecl{unsigned sort int ntons(unsigned short int netshort)}
736 Converte l'intero a 16 bit \param{netshort} dal formato della rete a quello
739 \bodydesc{Tutte le funzioni restituiscono il valore convertito, e non hanno
743 I nomi sono assegnati usando la lettera \texttt{n} come mnemonico per indicare
744 l'ordinamento usato sulla rete (da \textit{network order}) e la lettera
745 \texttt{h} come mnemonico per l'ordinamento usato sulla macchina locale (da
746 \textit{host order}), mentre le lettere \texttt{s} e \texttt{l} stanno ad
747 indicare i tipi di dato (\ctyp{long} o \ctyp{short}, riportati anche dai
750 Usando queste funzioni si ha la conversione automatica: nel caso in cui la
751 macchina che si sta usando abbia una architettura \textit{big endian} queste
752 funzioni sono definite come macro che non fanno nulla. Per questo motivo vanno
753 sempre utilizzate, anche quando potrebbero non essere necessarie, in modo da
754 assicurare la portabilità del codice su tutte le architetture.
757 \subsection{Le funzioni \func{inet\_aton}, \func{inet\_addr} e
759 \label{sec:sock_func_ipv4}
761 Un secondo insieme di funzioni di manipolazione serve per passare dal formato
762 binario usato nelle strutture degli indirizzi alla rappresentazione simbolica
763 dei numeri IP che si usa normalmente.
765 Le prime tre funzioni di manipolazione riguardano la conversione degli
766 indirizzi IPv4 da una stringa in cui il numero di IP è espresso secondo la
767 cosiddetta notazione \textit{dotted-decimal}, (cioè nella forma
768 \texttt{192.168.0.1}) al formato binario (direttamente in \textit{network
769 order}) e viceversa; in questo caso si usa la lettera \texttt{a} come
770 mnemonico per indicare la stringa. Dette funzioni sono \funcd{inet\_addr},
771 \funcd{inet\_aton} e \funcd{inet\_ntoa}, ed i rispettivi prototipi sono:
773 \headdecl{arpa/inet.h}
775 \funcdecl{in\_addr\_t inet\_addr(const char *strptr)} Converte la stringa
776 dell'indirizzo \textit{dotted decimal} in nel numero IP in network order.
778 \funcdecl{int inet\_aton(const char *src, struct in\_addr *dest)} Converte
779 la stringa dell'indirizzo \textit{dotted decimal} in un indirizzo IP.
781 \funcdecl{char *inet\_ntoa(struct in\_addr addrptr)}
782 Converte un indirizzo IP in una stringa \textit{dotted decimal}.
784 \bodydesc{Tutte queste le funzioni non generano codice di errore.}
787 La prima funzione, \func{inet\_addr}, restituisce l'indirizzo a 32 bit in
788 network order (del tipo \type{in\_addr\_t}) a partire dalla stringa passata
789 nell'argomento \param{strptr}. In caso di errore (quando la stringa non esprime
790 un indirizzo valido) restituisce invece il valore \const{INADDR\_NONE} che
791 tipicamente sono trentadue bit a uno. Questo però comporta che la stringa
792 \texttt{255.255.255.255}, che pure è un indirizzo valido, non può essere usata
793 con questa funzione; per questo motivo essa è generalmente deprecata in favore
794 di \func{inet\_aton}.
796 La funzione \func{inet\_aton} converte la stringa puntata da \param{src}
797 nell'indirizzo binario che viene memorizzato nell'opportuna struttura
798 \struct{in\_addr} (si veda \secref{fig:sock_sa_ipv4_struct}) situata
799 all'indirizzo dato dall'argomento \param{dest} (è espressa in questa forma in
800 modo da poterla usare direttamente con il puntatore usato per passare la
801 struttura degli indirizzi). La funzione restituisce 0 in caso di successo e 1
802 in caso di fallimento. Se usata con \param{dest} inizializzato a \val{NULL}
803 effettua la validazione dell'indirizzo.
805 L'ultima funzione, \func{inet\_ntoa}, converte il valore a 32 bit
806 dell'indirizzo (espresso in \textit{network order}) restituendo il puntatore
807 alla stringa che contiene l'espressione in formato dotted decimal. Si deve
808 tenere presente che la stringa risiede in memoria statica, per cui questa
809 funzione non è rientrante.
812 \subsection{Le funzioni \func{inet\_pton} e \func{inet\_ntop}}
813 \label{sec:sock_conv_func_gen}
815 Le tre funzioni precedenti sono limitate solo ad indirizzi IPv4, per questo
816 motivo è preferibile usare le due nuove funzioni \func{inet\_pton} e
817 \func{inet\_ntop} che possono convertire anche gli indirizzi IPv6. Anche in
818 questo caso le lettere \texttt{n} e \texttt{p} sono degli mnemonici per
819 ricordare il tipo di conversione effettuata e stanno per \textit{presentation}
822 % \begin{figure}[htb]
825 % \caption{Schema della rappresentazioni utilizzate dalle funzioni di
826 % conversione \texttt{inet\_pton} e \texttt{inet\_ntop} }
827 % \label{fig:sock_inet_conv_func}
831 Entrambe le funzioni accettano l'argomento \param{af} che indica il tipo di
832 indirizzo e può essere soltanto \const{AF\_INET} o \const{AF\_INET6}. La prima
833 funzione è \funcd{inet\_pton}, che serve a convertire una stringa in un
834 indirizzo, il suo prototipo è:
835 \begin{prototype}{sys/socket.h}
836 {int inet\_pton(int af, const char *src, void *addr\_ptr)}
838 Converte l'indirizzo espresso tramite una stringa nel valore numerico.
840 \bodydesc{La funzione restituisce un valore negativo se \param{af} specifica
841 una famiglia di indirizzi non valida, con \var{errno} che assume il valore
842 \errcode{EAFNOSUPPORT}, un valore nullo se \param{src} non rappresenta un
843 indirizzo valido, ed un valore positivo in caso di successo.}
846 La funzione converte la stringa indicata tramite \param{src} nel valore
847 numerico dell'indirizzo IP del tipo specificato da \param{af} che viene
848 memorizzato all'indirizzo puntato da \param{addr\_ptr}, la funzione restituisce
849 un valore positivo in caso di successo, e zero se la stringa non rappresenta
850 un indirizzo valido, e negativo se \param{af} specifica una famiglia di
851 indirizzi non valida.
853 La seconda funzione è \funcd{inet\_ntop} che converte un indirizzo in una
854 stringa; il suo prototipo è:
855 \begin{prototype}{sys/socket.h}
856 {char *inet\_ntop(int af, const void *addr\_ptr, char *dest, size\_t len)}
857 Converte l'indirizzo dalla relativa struttura in una stringa simbolica.
859 \bodydesc{La funzione restituisce un puntatore non nullo alla stringa
860 convertita in caso di successo e \val{NULL} in caso di fallimento, nel
861 qual caso \var{errno} assume i valori:
863 \item[\errcode{ENOSPC}] le dimensioni della stringa con la conversione
864 dell'indirizzo eccedono la lunghezza specificata da \param{len}.
865 \item[\errcode{ENOAFSUPPORT}] la famiglia di indirizzi \param{af} non è
870 La funzione converte la struttura dell'indirizzo puntata da \param{addr\_ptr}
871 in una stringa che viene copiata nel buffer puntato dall'indirizzo
872 \param{dest}; questo deve essere preallocato dall'utente e la lunghezza deve
873 essere almeno \const{INET\_ADDRSTRLEN} in caso di indirizzi IPv4 e
874 \const{INET6\_ADDRSTRLEN} per indirizzi IPv6; la lunghezza del buffer deve
875 comunque venire specificata attraverso il parametro \param{len}.
877 Gli indirizzi vengono convertiti da/alle rispettive strutture di indirizzo
878 (una struttura \struct{in\_addr} per IPv4, e una struttura \struct{in6\_addr}
879 per IPv6), che devono essere precedentemente allocate e passate attraverso il
880 puntatore \param{addr\_ptr}; l'argomento \param{dest} di \func{inet\_ntop} non
881 può essere nullo e deve essere allocato precedentemente.
883 Il formato usato per gli indirizzi in formato di presentazione è la notazione
884 \textit{dotted decimal} per IPv4 e quello descritto in
885 \secref{sec:IP_ipv6_notation} per IPv6.
890 \section{Un esempio di applicazione}
891 \label{sec:sock_appplication}
893 Per evitare di rendere questa introduzione ai socket puramente teorica
894 iniziamo con il mostrare un esempio di un client TCP elementare. Prima di
895 passare agli esempi del client e del server, ritorniamo con maggiori dettagli
896 su una caratteristica delle funzioni di I/O che nel caso dei socket è
897 particolarmente rilevante, e che ci tornerà utile anche in seguito.
900 \subsection{Il comportamento delle funzioni di I/O}
901 \label{sec:sock_io_behav}
903 Una cosa di cui non sempre si è consapevoli quando si ha a che fare con i
904 socket è che le funzioni di input/output non sempre hanno lo stesso
905 comportamento che avrebbero con i normali files (in particolare questo accade
906 per i socket di tipo stream).
908 Infatti con i socket è comune che funzioni come \func{read} o \func{write}
909 possano restituire in input o scrivere in output un numero di byte minore di
910 quello richiesto. Come già accennato in \secref{sec:file_read} questo è un
911 comportamento normale per l'I/O su file; con i normali file di dati il
912 problema si avverte solo quando si incontra la fine del file, ma in generale
915 In questo caso tutto quello che il programma chiamante deve fare è di ripetere
916 la lettura (o scrittura) per la quantità di byte rimanenti (e le funzioni si
917 possono bloccare se i dati non sono disponibili): è lo stesso comportamento
918 che si può avere scrivendo più di \const{PIPE\_BUF} byte in una pipe (si
919 riveda quanto detto in \secref{sec:ipc_pipes}).
927 ssize_t FullRead(int fd, void *buf, size_t count)
933 while (nleft > 0) { /* repeat until no left */
934 if ( (nread = read(fd, buf, nleft)) < 0) {
935 if (errno == EINTR) { /* if interrupted by system call */
936 continue; /* repeat the loop */
938 return(nread); /* otherwise exit */
940 } else if (nread == 0) { /* EOF */
941 break; /* break loop here */
943 nleft -= nread; /* set left to read */
944 buf +=nread; /* set pointer */
946 return (count - nleft);
949 \caption{Funzione \func{FullRead}, legge \var{count} byte da un socket }
950 \label{fig:sock_FullRead_code}
953 Per questo motivo, seguendo l'esempio di W. R. Stevens in \cite{UNP1}, si sono
954 definite due funzioni \func{FullRead} e \func{FullWrite} che eseguono la
955 lettura da un socket tenendo conto di questa caratteristica, ed in grado di
956 ritornare dopo avere letto o scritto esattamente il numero di byte
957 specificato; il sorgente è riportato in \figref{fig:sock_FullRead_code} e
958 \figref{fig:sock_FullWrite_code} ed è disponibile fra i sorgenti allegati alla
959 guida nei files \file{FullRead.c} e \file{FullWrite.c}.
967 ssize_t FullWrite(int fd, const void *buf, size_t count)
973 while (nleft > 0) { /* repeat until no left */
974 if ( (nwritten = write(fd, buf, nleft)) < 0) {
975 if (errno == EINTR) { /* if interrupted by system call */
976 continue; /* repeat the loop */
978 return(nwritten); /* otherwise exit with error */
981 nleft -= nwritten; /* set left to write */
982 buf +=nwritten; /* set pointer */
987 \caption{Funzione \func{FullWrite}, scrive \var{count} byte su un socket.}
988 \label{fig:sock_FullWrite_code}
991 Come si può notare le funzioni ripetono la lettura/scrittura in un ciclo fino
992 all'esaurimento del numero di byte richiesti, in caso di errore viene
993 controllato se questo è \errcode{EINTR} (cioè un'interruzione della system call
994 dovuta ad un segnale), nel qual caso l'accesso viene ripetuto, altrimenti
995 l'errore viene ritornato interrompendo il ciclo.
997 Nel caso della lettura, se il numero di byte letti è zero, significa che si è
998 arrivati alla fine del file (per i socket questo significa in genere che
999 l'altro capo è stato chiuso, e non è quindi più possibile leggere niente) e
1000 pertanto si ritorna senza aver concluso la lettura di tutti i byte richiesti.
1004 \subsection{Un primo esempio di client}
1005 \label{sec:net_cli_sample}
1007 Lo scopo di questo esempio è fornire un primo approccio alla programmazione di
1008 rete e vedere come si usano le funzioni descritte in precedenza, alcune delle
1009 funzioni usate nell'esempio saranno trattate in dettaglio nel capitolo
1010 successivo; qui ci limiteremo a introdurre la nomenclatura senza fornire
1011 definizioni precise e dettagli di funzionamento che saranno trattati
1012 estensivamente più avanti.
1014 In \figref{fig:net_cli_code} è riportata la sezione principale del codice del
1015 nostro client elementare per il servizio \textit{daytime}, un servizio
1016 standard che restituisce l'ora locale della macchina a cui si effettua la
1019 \begin{figure}[!htb]
1021 \begin{lstlisting}{}
1022 #include <sys/types.h> /* predefined types */
1023 #include <unistd.h> /* include unix standard library */
1024 #include <arpa/inet.h> /* IP addresses conversion utilities */
1025 #include <sys/socket.h> /* socket library */
1026 #include <stdio.h> /* include standard I/O library */
1028 int main(int argc, char *argv[])
1032 struct sockaddr_in serv_add;
1033 char buffer[MAXLINE];
1036 if ( (sock_fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) < 0) {
1037 perror("Socket creation error");
1040 /* initialize address */
1041 memset((void *) &serv_add, 0, sizeof(serv_add)); /* clear server address */
1042 serv_add.sin_family = AF_INET; /* address type is INET */
1043 serv_add.sin_port = htons(13); /* daytime post is 13 */
1044 /* build address using inet_pton */
1045 if ( (inet_pton(AF_INET, argv[optind], &serv_add.sin_addr)) <= 0) {
1046 perror("Address creation error");
1049 /* extablish connection */
1050 if (connect(sock_fd, (struct sockaddr *)&serv_add, sizeof(serv_add)) < 0) {
1051 perror("Connection error");
1054 /* read daytime from server */
1055 while ( (nread = read(sock_fd, buffer, MAXLINE)) > 0) {
1057 if (fputs(buffer, stdout) == EOF) { /* write daytime */
1058 perror("fputs error");
1064 perror("Read error");
1071 \caption{Esempio di codice di un client elementare per il servizio daytime.}
1072 \label{fig:net_cli_code}
1075 Il sorgente completo del programma (\file{ElemDaytimeTCPClient.c}, che
1076 comprende il trattamento delle opzioni e una funzione per stampare un
1077 messaggio di aiuto) è allegato alla guida nella sezione dei codici sorgente e
1078 può essere compilato su una qualunque macchina Linux.
1080 Il programma anzitutto include gli header necessari (\texttt{\small 1--5});
1081 dopo la dichiarazione delle variabili (\texttt{\small 9--12}) si è omessa
1082 tutta la parte relativa al trattamento degli argomenti passati dalla linea di
1083 comando (effettuata con le apposite routine illustrate in
1084 \capref{sec:proc_opt_handling}).
1086 Il primo passo (\texttt{\small 14--18}) è creare un \textit{socket} IPv4
1087 (\const{AF\_INET}), di tipo TCP \const{SOCK\_STREAM}. La funzione
1088 \func{socket} ritorna il descrittore che viene usato per identificare il
1089 socket in tutte le chiamate successive. Nel caso la chiamata fallisca si
1090 stampa un errore con la relativa routine e si esce.
1092 Il passo seguente (\texttt{\small 19--27}) è quello di costruire un'apposita
1093 struttura \struct{sockaddr\_in} in cui sarà inserito l'indirizzo del server ed
1094 il numero della porta del servizio. Il primo passo è inizializzare tutto a
1095 zero, per poi inserire il tipo di protocollo e la porta (usando per
1096 quest'ultima la funzione \func{htons} per convertire il formato dell'intero
1097 usato dal computer a quello usato nella rete), infine si utilizza la funzione
1098 \func{inet\_pton} per convertire l'indirizzo numerico passato dalla linea di
1101 Usando la funzione \func{connect} sul socket creato in precedenza
1102 (\texttt{\small 28--32}) si provvede poi a stabilire la connessione con il
1103 server specificato dall'indirizzo immesso nella struttura passata come secondo
1104 argomento, il terzo argomento è la dimensione di detta struttura. Dato che
1105 esistono diversi tipi di socket, si è dovuto effettuare un cast della
1106 struttura inizializzata in precedenza, che è specifica per i socket IPv4. Un
1107 valore di ritorno negativo implica il fallimento della connessione.
1109 Completata con successo la connessione il passo successivo (\texttt{\small
1110 34--40}) è leggere la data dal socket; il server invierà sempre una stringa
1111 di 26 caratteri della forma \verb|Wed Apr 4 00:53:00 2001\r\n|, che viene
1112 letta dalla funzione \func{read} e scritta su \file{stdout}.
1114 Dato il funzionamento di TCP la risposta potrà tornare in un unico pacchetto
1115 di 26 byte (come avverrà senz'altro nel caso in questione) ma potrebbe anche
1116 arrivare in 26 pacchetti di un byte. Per questo nel caso generale non si può
1117 mai assumere che tutti i dati arrivino con una singola lettura, pertanto
1118 quest'ultima deve essere effettuata in un ciclo in cui si continui a leggere
1119 fintanto che la funzione \func{read} non ritorni uno zero (che significa che
1120 l'altro capo ha chiuso la connessione) o un numero minore di zero (che
1121 significa un errore nella connessione).
1123 Si noti come in questo caso la fine dei dati sia specificata dal server che
1124 chiude la connessione; questa è una delle tecniche possibili (è quella usata
1125 pure dal protocollo HTTP), ma ce ne possono essere altre, ad esempio FTP marca
1126 la conclusione di un blocco di dati con la sequenza ASCII \verb|\r\n|
1127 (carriage return e line feed), mentre il DNS mette la lunghezza in testa ad
1128 ogni blocco che trasmette. Il punto essenziale è che TCP non provvede nessuna
1129 indicazione che permetta di marcare dei blocchi di dati, per cui se questo è
1130 necessario deve provvedere il programma stesso.
1132 \subsection{Un primo esempio di server}
1133 \label{sec:net_serv_sample}
1135 Dopo aver illustrato il client daremo anche un esempio di un server
1136 elementare, in grado di rispondere al precedente client. Il listato è
1137 nuovamente mostrato in \figref{fig:net_serv_code}, il sorgente completo
1138 (\file{ElemDaytimeTCPServer.c}) è allegato insieme agli altri file nella
1139 directory \file{sources}.
1141 \begin{figure}[!htbp]
1143 \begin{lstlisting}{}
1144 #include <sys/types.h> /* predefined types */
1145 #include <unistd.h> /* include unix standard library */
1146 #include <arpa/inet.h> /* IP addresses conversion utilities */
1147 #include <sys/socket.h> /* socket library */
1148 #include <stdio.h> /* include standard I/O library */
1152 int main(int argc, char *argv[])
1155 * Variables definition
1157 int list_fd, conn_fd;
1159 struct sockaddr_in serv_add;
1160 char buffer[MAXLINE];
1164 if ( (list_fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) < 0) {
1165 perror("Socket creation error");
1168 /* initialize address */
1169 memset((void *)&serv_add, 0, sizeof(serv_add)); /* clear server address */
1170 serv_add.sin_family = AF_INET; /* address type is INET */
1171 serv_add.sin_port = htons(13); /* daytime port is 13 */
1172 serv_add.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY); /* connect from anywhere */
1174 if (bind(list_fd, (struct sockaddr *)&serv_add, sizeof(serv_add)) < 0) {
1175 perror("bind error");
1178 /* listen on socket */
1179 if (listen(list_fd, BACKLOG) < 0 ) {
1180 perror("listen error");
1183 /* write daytime to client */
1185 if ( (conn_fd = accept(list_fd, (struct sockaddr *) NULL, NULL)) <0 ) {
1186 perror("accept error");
1189 timeval = time(NULL);
1190 snprintf(buffer, sizeof(buffer), "%.24s\r\n", ctime(&timeval));
1191 if ( (write(conn_fd, buffer, strlen(buffer))) < 0 ) {
1192 perror("write error");
1201 \caption{Esempio di codice di un semplice server per il servizio daytime.}
1202 \label{fig:net_serv_code}
1205 Come per il client si includono gli header necessari a cui è aggiunto quello
1206 per trattare i tempi, e si definiscono alcune costanti e le variabili
1207 necessarie in seguito (\texttt{\small 1--18}), come nel caso precedente si
1208 sono omesse le parti relative al trattamento delle opzioni da riga di comando.
1210 La creazione del socket (\texttt{\small 22--26}) è analoga al caso precedente,
1211 come pure l'inizializzazione della struttura \struct{sockaddr\_in}, anche in
1212 questo caso si usa la porta standard del servizio daytime, ma come indirizzo
1213 IP si il valore predefinito \const{INET\_ANY} che corrisponde ad un indirizzo
1214 generico (\texttt{\small 27--31}).
1216 Si effettua poi (\texttt{\small 32--36}) la chiamata alla funzione
1217 \func{bind} che permette di associare la precedente struttura al socket, in
1218 modo che quest'ultimo possa essere usato per accettare connessioni su una
1219 qualunque delle interfacce di rete locali.
1221 Il passo successivo (\texttt{\small 37--41}) è mettere ``in ascolto'' il
1222 socket, questo viene effettuato con la funzione \func{listen} che dice al
1223 kernel di accettare connessioni per il socket specificato, la funzione indica
1224 inoltre, con il secondo parametro, il numero massimo di connessioni che il
1225 kernel accetterà di mettere in coda per il suddetto socket.
1227 Questa ultima chiamata completa la preparazione del socket per l'ascolto (che
1228 viene chiamato anche \textit{listening descriptor}) a questo punto il processo
1229 è mandato in sleep (\texttt{\small 44--47}) con la successiva chiamata alla
1230 funzione \func{accept}, fin quando non arriva e viene accettata una
1231 connessione da un client.
1233 Quando questo avviene \func{accept} ritorna un secondo descrittore di socket,
1234 che viene chiamato \textit{connected descriptor} che è quello che viene usato
1235 dalla successiva chiamata alla \func{write} per scrivere la risposta al
1236 client, una volta che si è opportunamente (\texttt{\small 48--49}) costruita
1237 la stringa con la data da trasmettere. Completata la trasmissione il nuovo
1238 socket viene chiuso (\texttt{\small 54}). Il tutto è inserito in un ciclo
1239 infinito (\texttt{\small 42--55}) in modo da poter ripetere l'invio della data
1240 ad una successiva connessione.
1242 È importante notare che questo server è estremamente elementare, infatti a
1243 parte il fatto di essere dipendente da IPv4, esso è in grado di servire solo
1244 un client alla volta, è cioè un \textsl{server iterativo}, inoltre esso è
1245 scritto per essere lanciato da linea di comando, se lo si volesse utilizzare
1246 come demone di sistema (che è in esecuzione anche quando non c'è nessuna shell
1247 attiva e il terminale da cui lo si è lanciato è stato sconnesso),
1248 occorrerebbero delle opportune modifiche.
1252 %%% Local Variables:
1254 %%% TeX-master: "gapil"