Iniziato a lavorare sulla Shared Memory POSIX. Risistemate un po' di cose
[gapil.git] / socket.tex
1 %% socket.tex
2 %%
3 %% Copyright (C) 2000-2002 Simone Piccardi.  Permission is granted to
4 %% copy, distribute and/or modify this document under the terms of the GNU Free
5 %% Documentation License, Version 1.1 or any later version published by the
6 %% Free Software Foundation; with the Invariant Sections being "Prefazione",
7 %% with no Front-Cover Texts, and with no Back-Cover Texts.  A copy of the
8 %% license is included in the section entitled "GNU Free Documentation
9 %% License".
10 %%
11 \chapter{Introduzione ai socket}
12 \label{cha:socket_intro}
13
14 In questo capitolo inizieremo a spiegare le caratteristiche principali della
15 principale interfaccia per la programmazione di rete, quella dei
16 \textit{socket}, che pur essendo nata in unix è usata ormai da tutti i sistemi
17 operativi.
18
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 utilizzerà per la comunicazione. Per evitare un'introduzione puramente teorica
22 concluderemo il capitolo con un primo esempio di applicazione.
23
24 \section{Una panoramica}
25 \label{sec:sock_overview}
26
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
29 con essi.
30 \index{socket|(}
31
32
33 \subsection{I \textit{socket}}
34 \label{sec:sock_socket_def}
35
36 Il \textit{socket}\footnote{una traduzione letterale potrebbe essere
37   \textsl{presa}, ma essendo universalmente noti come socket utilizzeremo
38   sempre la parola inglese.} è uno dei principali meccanismi di comunicazione
39 fra programmi utilizzato in ambito Unix. Il socket costituisce in sostanza un
40 canale di comunicazione fra due processi su cui si possono leggere e scrivere
41 dati analogo a quello di una pipe (vedi \secref{sec:ipc_pipes}) ma a
42 differenza di questa e degli altri meccanismi esaminati nel capitolo
43 \capref{cha:IPC} i socket non sono limitati alla comunicazione fra processi
44 che girano sulla stessa macchina ma possono effettuare la comunicazione anche
45 attraverso la rete.
46
47 Quella dei socket costituisce infatti la principale API (\textit{Application
48   Program Interface}) usata nella programmazione di rete.  La loro origine
49 risale al 1983, quando furono introdotti nel BSD 4.2; l'interfaccia è rimasta
50 sostanzialmente la stessa con piccole modifiche negli anni successivi. Benché
51 siano state sviluppate interfacce alternative, originate dai sistemi SVr4,
52 come la XTI (\textit{X/Open Transport Interface}) nessuna ha mai raggiunto la
53 diffusione e la popolarità di quella dei socket (né tantomeno la stessa
54 usabilità e flessibilità).
55
56 La flessibilità e la genericità dell'interfaccia inoltre ha consentito di
57 utilizzare i socket con i più disparati meccanismi di comunicazione, e non
58 solo con la suite dei protocolli TCP/IP, che sarà comunque quella di cui
59 tratteremo in maniera più estesa.
60
61
62 \subsection{Concetti base}
63 \label{sec:sock_gen}
64
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.
70
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
77 funzioni utilizzate.
78
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).
83
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).
87
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 partner come per una telefonata; altri casi possono prevedere una
91 comunicazione come per lettera, in cui si scrive l'indirizzo su ogni
92 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.
95
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.
99
100
101 \section{La creazione di un \textit{socket}}
102 \label{sec:sock_creation}
103
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.
108
109 \subsection{La funzione \func{socket}}
110 \label{sec:sock_socket}
111
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
116 suo prototipo è:
117 \begin{prototype}{sys/socket.h}{int socket(int domain, int type, int protocol)}
118
119   Apre un socket.
120   
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
123   i valori:
124   \begin{errlist}
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}).
135   \end{errlist}}
136 \end{prototype}
137
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}).
145
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.
150
151 \subsection{Il dominio, o \textit{protocol family}}
152 \label{sec:sock_domain}
153
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. Ciascun dominio ha un suo nome simbolico
158 che convenzionalmente inizia con \texttt{PF\_} da \textit{protocol family},
159 altro nome con cui si indicano i domini.
160
161 A ciascun tipo di dominio corrisponde un analogo nome simbolico che inizia per
162 \texttt{AF\_} da \textit{address family}, e che identifica il formato degli
163 indirizzi usati in quel dominio; le pagine di manuale di Linux si riferiscono
164 a questi anche come \textit{name space}, (nome che però il manuale delle
165 \acr{glibc} riserva ai domini) e che identifica il formato degli indirizzi
166 usati in quel dominio.
167
168 L'idea alla base della distinzione era che una famiglia di protocolli potesse
169 supportare vari tipi di indirizzi, per cui il prefisso \texttt{PF\_} si
170 sarebbe dovuto usare nella creazione dei socket e il prefisso \texttt{AF\_} in
171 quello delle strutture degli indirizzi; questo è quanto specificato anche
172 dallo standard POSIX.1g, ma non esistono a tuttora famiglie di protocolli che
173 supportino diverse strutture di indirizzi, per cui nella pratica questi due
174 nomi sono equivalenti e corrispondono agli stessi valori.
175
176 I domini (e i relativi nomi simbolici), così come i nomi delle famiglie di
177 indirizzi sono definiti dall'header \textit{socket.h}. In Linux le famiglie di
178 protocolli disponibili sono riportate in \tabref{tab:net_pf_names}.
179
180 \begin{table}[htb]
181   \footnotesize
182   \centering
183   \begin{tabular}[c]{|l|l|l|}
184        \hline
185        \textbf{Nome}      & \textbf{Utilizzo}           &\textbf{Man page} \\
186        \hline
187        \hline
188        \const{PF\_UNIX},
189        \const{PF\_LOCAL}  & Local communication            & unix(7)    \\
190        \const{PF\_INET}   & IPv4 Internet protocols        & ip(7)      \\
191        \const{PF\_INET6}  & IPv6 Internet protocols        & ipv6(7)    \\
192        \const{PF\_IPX}    & IPX - Novell protocols         &            \\
193        \const{PF\_NETLINK}& Kernel user interface device   & netlink(7) \\
194        \const{PF\_X25}    & ITU-T X.25 / ISO-8208 protocol & x25(7)     \\
195        \const{PF\_AX25}   & Amateur radio AX.25 protocol   &            \\
196        \const{PF\_ATMPVC} & Access to raw ATM PVCs         &            \\
197        \const{PF\_APPLETALK}& Appletalk                    & ddp(7)     \\
198        \const{PF\_PACKET} & Low level packet interface     & packet(7)  \\    
199        \hline
200   \end{tabular}
201   \caption{Famiglie di protocolli definiti in Linux}
202   \label{tab:net_pf_names}
203 \end{table}
204
205 Non tutte le famiglie di protocolli sono accessibili dall'utente generico, ad
206 esempio in generale tutti i socket di tipo \const{SOCK\_RAW} possono essere
207 creati solo da processi che hanno i privilegi di root (cioè con user-ID
208 effettivo uguale a zero) o con la capability \texttt{CAP\_NET\_RAW}.
209
210
211 \subsection{Il tipo, o stile}
212 \label{sec:sock_type}
213
214 La scelta di un dominio non comporta però la scelta dello stile di
215 comunicazione, questo infatti viene a dipendere dal protocollo che si andrà ad
216 utilizzare fra quelli disponibili nella famiglia scelta. Le API permettono di
217 scegliere lo stile di comunicazione indicando il tipo di socket; Linux e le
218 \acr{glibc} mettono a disposizione i seguenti tipi di socket (che il manuale
219 della \acr{glibc} chiama \textit{styles}) definiti come \ctyp{int} in
220 \file{socket.h}:
221
222 \begin{list}{}{}
223 \item \const{SOCK\_STREAM} Provvede un canale di trasmissione dati
224   bidirezionale, sequenziale e affidabile. Opera su una connessione con un
225   altro socket. I dati vengono ricevuti e trasmessi come un flusso continuo di
226   byte (da cui il nome \textit{stream}). 
227 \item \const{SOCK\_DGRAM} Viene usato per mandare pacchetti di lunghezza
228   massima fissata (\textit{datagram}) indirizzati singolarmente, senza
229   connessione e in maniera non affidabile. È l'opposto del precedente. 
230 \item \const{SOCK\_SEQPACKET} Provvede un canale di trasmissione di dati
231   bidirezionale, sequenziale e affidabile. Opera su una connessione con un
232   altro socket. I dati possono solo essere trasmessi e letti per pacchetti (di
233   dimensione massima fissata).
234 \item \const{SOCK\_RAW} Provvede l'accesso a basso livello ai protocolli di
235   rete e alle varie interfacce. I normali programmi di comunicazione non
236   devono usarlo.
237 \item \const{SOCK\_RDM} Provvede un canale di trasmissione di pacchetti
238   affidabile ma in cui non è garantito l'ordine di arrivo dei pacchetti.
239 \item \const{SOCK\_PACKET} Obsoleto, non deve essere usato.
240 \end{list}
241
242 Si tenga presente che non tutte le combinazioni fra una famiglia di protocolli
243 e un tipo di socket sono valide, in quanto non è detto che in una famiglia
244 esista un protocollo per ciascuno dei diversi stili di comunicazione appena
245 elencati.
246
247 \begin{table}[htb]
248   \footnotesize
249   \centering
250   \begin{tabular}{l|c|c|c|c|c|}
251    \multicolumn{1}{c}{} &\multicolumn{1}{c}{\const{SOCK\_STREAM}}& 
252      \multicolumn{1}{c}{\const{SOCK\_DGRAM}} & 
253      \multicolumn{1}{c}{\const{SOCK\_RAW}} & 
254      \multicolumn{1}{c}{\const{SOCK\_PACKET}}& 
255      \multicolumn{1}{c}{\const{SOCK\_SEQPACKET}} \\
256      \cline{2-6}
257     \const{PF\_UNIX}      &  si & si  &      &     &     \\
258      \cline{2-6}
259     \const{PF\_INET}      & TCP & UDP & IPv4 &     &     \\
260      \cline{2-6}
261     \const{PF\_INET6}     & TCP & UDP & IPv6 &     &     \\
262      \cline{2-6}
263     \const{PF\_IPX}       &     &     &      &     &     \\
264      \cline{2-6}
265     \const{PF\_NETLINK}   &     &  si &  si  &     &     \\
266      \cline{2-6}
267     \const{PF\_X25}       &     &     &      &     &  si \\
268      \cline{2-6}
269     \const{PF\_AX25}      &     &     &      &     &     \\
270      \cline{2-6}
271     \const{PF\_ATMPVC}    &     &     &      &     &     \\
272      \cline{2-6}
273     \const{PF\_APPLETALK} &     & si  &  si  &     &     \\
274      \cline{2-6}
275     \const{PF\_PACKET}    &     & si  & si   &     &     \\    
276      \cline{2-6}
277   \end{tabular}
278   \caption{Combinazioni valide di dominio e tipo di protocollo per la 
279     funzione \func{socket}.}
280   \label{tab:sock_sock_valid_combinations}
281 \end{table}
282
283 In \secref{tab:sock_sock_valid_combinations} sono mostrate le combinazioni
284 valide possibili per le varie famiglie di protocolli. Per ogni combinazione
285 valida si è indicato il tipo di protocollo, o la parola \textsl{si} qualora
286 non il protocollo non abbia un nome definito, mentre si sono lasciate vuote le
287 caselle per le combinazioni non supportate.
288
289
290
291 \section{Le strutture degli indirizzi dei socket}
292 \label{sec:sock_sockaddr}
293
294 Come si è visto nella creazione di un socket non si specifica nulla oltre al
295 tipo di famiglia di protocolli che si vuole utilizzare, in particolare nessun
296 indirizzo che identifichi i due capi della comunicazione. La funzione infatti
297 si limita ad allocare nel kernel quanto necessario per poter poi realizzare la
298 comunicazione.
299
300 Gli indirizzi vengono specificati attraverso apposite strutture che vengono
301 utilizzate dalle altre funzioni della API dei socket quando la comunicazione
302 viene effettivamente realizzata. 
303
304 Ogni famiglia di protocolli ha ovviamente una sua forma di indirizzamento e in
305 corrispondenza a questa una sua peculiare struttura degli indirizzi; i nomi di
306 tutte queste strutture iniziano per \var{sockaddr\_}, quelli propri di
307 ciascuna famiglia vengono identificati dal suffisso finale, aggiunto al nome
308 precedente.
309
310
311 \subsection{La struttura generica}
312 \label{sec:sock_sa_gen}
313
314 Le strutture degli indirizzi vengono sempre passate alle varie funzioni
315 attraverso puntatori (cioè \textit{by reference}), ma le funzioni devono poter
316 maneggiare puntatori a strutture relative a tutti gli indirizzi possibili
317 nelle varie famiglie di protocolli; questo pone il problema di come passare
318 questi puntatori, il C ANSI risolve questo problema coi i puntatori generici
319 (i \ctyp{void *}), ma l'interfaccia dei socket è antecedente alla definizione
320 dello standard ANSI, e per questo nel 1982 fu scelto di definire una struttura
321 generica per gli indirizzi dei socket, \struct{sockaddr}, che si è riportata in
322 \figref{fig:sock_sa_gen_struct}.
323
324 \begin{figure}[!htb]
325   \footnotesize \centering
326   \begin{minipage}[c]{15cm}
327     \begin{lstlisting}[labelstep=0]{}%,frame=,indent=1cm]{}
328 struct sockaddr {
329     sa_family_t  sa_family;     /* address family: AF_xxx */
330     char         sa_data[14];   /* address (protocol-specific) */
331 };
332     \end{lstlisting}
333   \end{minipage} 
334   \caption{La struttura generica degli indirizzi dei socket
335     \structd{sockaddr}.} 
336   \label{fig:sock_sa_gen_struct}
337 \end{figure}
338
339 Tutte le funzioni dei socket che usano gli indirizzi sono definite usando nel
340 prototipo un puntatore a questa struttura; per questo motivo quando si
341 invocano dette funzioni passando l'indirizzo di un protocollo specifico
342 occorrerà eseguire un casting del relativo puntatore.
343
344 I tipi di dati che compongono la struttura sono stabiliti dallo standard
345 POSIX.1g, riassunti in \tabref{tab:sock_data_types} con i rispettivi file di
346 include in cui sono definiti; la struttura è invece definita nell'include file
347 \file{sys/socket.h}.
348
349 \begin{table}[!htb]
350   \centering
351   \footnotesize
352   \begin{tabular}{|l|l|l|}
353     \hline
354     \multicolumn{1}{|c|}{\textbf{Tipo}}& 
355     \multicolumn{1}{|c|}{\textbf{Descrizione}}& 
356     \multicolumn{1}{|c|}{\textbf{Header}} \\
357     \hline
358     \hline
359     \type{int8\_t}   & intero a 8 bit con segno   & \file{sys/types.h}\\
360     \type{uint8\_t}  & intero a 8 bit senza segno & \file{sys/types.h}\\
361     \type{int16\_t}  & intero a 16 bit con segno  & \file{sys/types.h}\\
362     \type{uint16\_t} & intero a 16 bit senza segno& \file{sys/types.h}\\
363     \type{int32\_t}  & intero a 32 bit con segno  & \file{sys/types.h}\\
364     \type{uint32\_t} & intero a 32 bit senza segno& \file{sys/types.h}\\
365     \hline
366     \type{sa\_family\_t} & famiglia degli indirizzi& \file{sys/socket.h}\\
367     \type{socklen\_t} & lunghezza (\type{uint32\_t}) dell'indirizzo di
368     un socket& \file{sys/socket.h}\\
369     \hline
370     \type{in\_addr\_t} & indirizzo IPv4 (\type{uint32\_t}) & 
371     \file{netinet/in.h}\\
372     \type{in\_port\_t} & porta TCP o UDP (\type{uint16\_t})& 
373     \file{netinet/in.h}\\
374     \hline
375   \end{tabular}
376   \caption{Tipi di dati usati nelle strutture degli indirizzi, secondo quanto 
377     stabilito dallo standard POSIX.1g.}
378   \label{tab:sock_data_types}
379 \end{table}
380
381 In alcuni sistemi la struttura è leggermente diversa e prevede un primo membro
382 aggiuntivo \code{uint8\_t sin\_len} (come riportato da R. Stevens nei suoi
383 libri). Questo campo non verrebbe usato direttamente dal programmatore e non è
384 richiesto dallo standard POSIX.1g, in Linux pertanto non esiste. Il campo
385 \type{sa\_family\_t} era storicamente un \ctyp{unsigned short}.
386
387 Dal punto di vista del programmatore l'unico uso di questa struttura è quello
388 di fare da riferimento per il casting, per il kernel le cose sono un po'
389 diverse, in quanto esso usa il puntatore per recuperare il campo
390 \var{sa\_family} con cui determinare il tipo di indirizzo; per questo
391 motivo, anche se l'uso di un puntatore \ctyp{void *} sarebbe più immediato
392 per l'utente (che non dovrebbe più eseguire il casting), è stato mantenuto
393 l'uso di questa struttura.
394
395
396 \subsection{La struttura degli indirizzi IPv4}
397 \label{sec:sock_sa_ipv4}
398
399 I socket di tipo \const{PF\_INET} vengono usati per la comunicazione
400 attraverso internet; la struttura per gli indirizzi per un socket internet
401 (IPv4) è definita come \struct{sockaddr\_in} nell'header file
402 \file{netinet/in.h} e secondo le pagine di manuale ha la forma mostrata in
403 \figref{fig:sock_sa_ipv4_struct}, conforme allo standard POSIX.1g.
404
405 \begin{figure}[!htb]
406   \footnotesize\centering
407   \begin{minipage}[c]{15cm}
408     \begin{lstlisting}[labelstep=0]{}%,frame=,indent=1cm]{}
409 struct sockaddr_in {
410     sa_family_t     sin_family; /* address family: AF_INET */
411     u_int16_t       sin_port;   /* port in network byte order */
412     struct in_addr  sin_addr;   /* internet address */
413 };
414 /* Internet address. */
415 struct in_addr {
416     u_int32_t       s_addr;     /* address in network byte order */
417 };
418     \end{lstlisting}
419   \end{minipage} 
420   \caption{La struttura degli indirizzi dei socket internet (IPv4)
421     \structd{sockaddr\_in}.}
422   \label{fig:sock_sa_ipv4_struct}
423 \end{figure}
424
425 L'indirizzo di un socket internet (secondo IPv4) comprende l'indirizzo
426 internet di un'interfaccia più un numero di porta. Il protocollo IP non
427 prevede numeri di porta, che sono utilizzati solo dai protocolli di livello
428 superiore come TCP e UDP. Questa struttura però viene usata anche per i socket
429 RAW che accedono direttamente al livello di IP, nel qual caso il numero della
430 porta viene impostato al numero di protocollo.
431
432 Il membro \var{sin\_family} deve essere sempre impostato; \var{sin\_port}
433 specifica il numero di porta (vedi \secref{sec:TCPel_port_num}; i numeri di
434 porta sotto il 1024 sono chiamati \textsl{riservati} in quanto utilizzati da
435 servizi standard. Soltanto processi con i privilegi di root (con user-ID
436 effettivo uguale a zero) o con la capability \texttt{CAP\_NET\_BIND\_SERVICE}
437 possono usare la funzione \func{bind} su queste porte.
438
439 Il membro \var{sin\_addr} contiene l'indirizzo internet dell'altro capo
440 della comunicazione, e viene acceduto sia come struttura (un resto di una
441 implementazione precedente in cui questa era una \direct{union} usata per
442 accedere alle diverse classi di indirizzi) che come intero.
443
444 Infine è da sottolineare che sia gli indirizzi che i numeri di porta devono
445 essere specificati in quello che viene chiamato \textit{network order}, cioè
446 con i bit ordinati in formato \textit{big endian}, questo comporta la
447 necessità di usare apposite funzioni di conversione per mantenere la
448 portabilità del codice (vedi \secref{sec:sock_addr_func} per i dettagli del
449 problema e le relative soluzioni).
450
451
452 \subsection{La struttura degli indirizzi IPv6}
453 \label{sec:sock_sa_ipv6}
454
455 Essendo IPv6 un'estensione di IPv4 i socket di tipo \const{PF\_INET6} sono
456 sostanzialmente identici ai precedenti; la parte in cui si trovano
457 praticamente tutte le differenze è quella della struttura degli indirizzi. La
458 struttura degli indirizzi è definita ancora in \file{netinet/in.h}.
459
460 \begin{figure}[!htb]
461   \footnotesize \centering
462   \begin{minipage}[c]{15cm}
463     \begin{lstlisting}[labelstep=0]{}%,frame=,indent=1cm]{}
464 struct sockaddr_in6 {
465     u_int16_t       sin6_family;   /* AF_INET6 */
466     u_int16_t       sin6_port;     /* port number */
467     u_int32_t       sin6_flowinfo; /* IPv6 flow information */
468     struct in6_addr sin6_addr;     /* IPv6 address */
469     u_int32_t       sin6_scope_id; /* Scope id (new in 2.4) */
470 };
471
472 struct in6_addr {
473     unsigned char   s6_addr[16];   /* IPv6 address */
474 };
475     \end{lstlisting}
476   \end{minipage} 
477   \caption{La struttura degli indirizzi dei socket IPv6 
478     \structd{sockaddr\_in6}.}
479   \label{fig:sock_sa_ipv6_struct}
480 \end{figure}
481
482 Il campo \var{sin6\_family} deve essere sempre impostato ad
483 \const{AF\_INET6}, il campo \var{sin6\_port} è analogo a quello di IPv4 e
484 segue le stesse regole; il campo \var{sin6\_flowinfo} è a sua volta diviso
485 in tre parti di cui i 24 bit inferiori indicano l'etichetta di flusso, i
486 successivi 4 bit la priorità e gli ultimi 4 sono riservati; questi valori
487 fanno riferimento ad alcuni campi specifici dell'header dei pacchetti IPv6
488 (vedi \secref{sec:IP_ipv6head}) ed il loro uso è sperimentale.
489
490 Il campo \var{sin6\_addr} contiene l'indirizzo a 128 bit usato da IPv6,
491 infine il campo \var{sin6\_scope\_id} è un campo introdotto con il kernel
492 2.4 per gestire alcune operazioni riguardanti il multicasting.
493  
494 Si noti che questa struttura è più grande di una \struct{sockaddr} generica,
495 quindi occorre stare attenti a non avere fatto assunzioni riguardo alla
496 possibilità di contenere i dati nelle dimensioni di quest'ultima.
497
498
499 \subsection{La struttura degli indirizzi locali}
500 \label{sec:sock_sa_local}
501
502 I socket di tipo \const{PF\_UNIX} o \const{PF\_LOCAL} vengono usati per una
503 comunicazione fra processi che stanno sulla stessa macchina (per vengono
504 chiamati \textit{local domain} o anche \textit{Unix domain}); essi rispetto ai
505 precedenti possono essere anche creati in maniera anonima attraverso la
506 funzione \func{socketpair} (vedi \secref{sec:ipc_socketpair}). Quando però si
507 vuole fare riferimento esplicito ad uno di questi socket si deve usare la
508 seguente struttura di indirizzi definita nel file di header \file{sys/un.h}.
509
510 \begin{figure}[!htb]
511   \footnotesize \centering
512   \begin{minipage}[c]{15cm}
513     \begin{lstlisting}[labelstep=0]{}%,frame=,indent=1cm]{}
514 #define UNIX_PATH_MAX    108
515 struct sockaddr_un {
516     sa_family_t  sun_family;              /* AF_UNIX */
517     char         sun_path[UNIX_PATH_MAX]; /* pathname */
518 };
519     \end{lstlisting}
520   \end{minipage} 
521   \caption{La struttura degli indirizzi dei socket locali 
522     \structd{sockaddr\_un}.}
523   \label{fig:sock_sa_local_struct}
524 \end{figure}
525
526 In questo caso il campo \var{sun\_family} deve essere \const{AF\_UNIX},
527 mentre il campo \var{sun\_path} deve specificare un indirizzo; questo ha
528 due forme un file (di tipo socket) nel filesystem o una stringa univoca
529 (tenuta in uno spazio di nomi astratto). Nel primo caso l'indirizzo viene
530 specificato come una stringa (terminata da uno zero) corrispondente al
531 pathname del file; nel secondo invece \var{sun\_path} inizia con uno zero
532 vengono usati i restanti byte come stringa (senza terminazione).
533
534
535 % \subsection{Il passaggio delle strutture}
536 % \label{sec:sock_addr_pass}
537
538 % Come detto nelle funzioni della API dei socket le strutture degli indirizzi
539 % vengono sempre passate per riferimento usando un puntatore; anche la lunghezza
540 % della struttura è passata come argomento, ma in questo caso la modalità del
541 % passaggio dipende dalla direzione del medesimo, dal processo al kernel o
542 % viceversa.
543
544 % In particolare le tre funzioni \texttt{bind}, \texttt{connect} e
545 % \texttt{sendto} passano la struttura al kernel, in questo caso è passata
546 % \textsl{per valore} anche la dimensione della medesima
547
548
549 % Le funzioni \texttt{accept}, \texttt{recvfrom}, \texttt{getsockname} e
550 % \texttt{getpeername} invece ricevono i valori del kernel 
551
552
553
554 \section{Le funzioni di conversione degli indirizzi}
555 \label{sec:sock_addr_func}
556
557 In questa sezione tratteremo delle varie funzioni usate per manipolare gli
558 indirizzi, limitandoci però agli indirizzi internet.
559
560 Come accennato gli indirizzi e i numeri di porta usati nella rete devono
561 essere forniti in formato opportuno (il \textit{network order}). Per capire
562 cosa significa tutto ciò occorre introdurre un concetto generale che tornerà
563 utile anche in seguito.
564
565
566 \subsection{La \textit{endianess}\index{endianess}}
567 \label{sec:sock_endianess}
568
569 La rappresentazione di un numero binario in un computer può essere fatta in
570 due modi, chiamati rispettivamente \textit{big endian} e \textit{little
571   endian} a seconda di come i singoli bit vengono aggregati per formare le
572 variabili intere (in diretta corrispondenza a come sono poi in realtà cablati
573 sui bus interni del computer).
574
575 Per capire meglio il problema si consideri un intero a 16 bit scritto in una
576 locazione di memoria posta ad un certo indirizzo. I singoli bit possono essere
577 disposti un memoria in due modi, a partire dal più significativo o a partire
578 dal meno significativo. Così nel primo caso si troverà il byte che contiene i
579 bit più significativi all'indirizzo menzionato e il byte con i bit meno
580 significativi nell'indirizzo successivo; questo ordinamento è detto
581 \textit{little endian} dato che il dato finale è la parte ``piccola'' del
582 numero. Il caso opposto, in cui si parte dal bit meno significativo è detto
583 per lo stesso motivo \textit{big endian}.
584
585 La \textit{endianess}\index{endianess} di un computer dipende essenzialmente
586 dalla architettura hardware usata; Intel e Digital usano il \textit{little
587   endian}, Motorola, IBM, Sun (sostanzialmente tutti gli altri) usano il
588 \textit{big endian}. Il formato della rete è anch'esso \textit{big endian},
589 altri esempi sono quello del bus PCI, che è \textit{little endian}, o quello
590 del bus VME che è \textit{big endian}.
591
592 Esistono poi anche dei processori che possono scegliere il tipo di formato
593 all'avvio e alcuni che, come il PowerPC o l'Intel i860, possono pure passare
594 da un tipo di ordinamento all'altro con una specifica istruzione. In ogni caso
595 in Linux l'ordinamento è definito dall'architettura e dopo l'avvio del sistema
596 resta sempre lo stesso, anche quando il processore permetterebbe di eseguire
597 questi cambiamenti.
598
599 \subsection{Le funzioni per il riordinamento}
600 \label{sec:sock_func_ord}
601
602 Il problema connesso all'endianess\index{endianess} è che quando si passano
603 dei dati da un tipo di architettura all'altra i dati vengono interpretati in
604 maniera diversa, e ad esempio nel caso dell'intero a 16 bit ci si ritroverà
605 con i due byte in cui è suddiviso scambiati di posto, e ne sarà quindi
606 invertito l'ordine di lettura per cui, per riavere il valore originale
607 dovranno essere rovesciati.
608
609 Per questo motivo si usano delle funzioni di conversione che servono a tener
610 conto automaticamente della possibile differenza fra l'ordinamento usato sul
611 computer e quello che viene usato nelle trasmissione sulla rete; queste
612 funzioni sono \funcd{htonl}, \funcd{htons}, \funcd{ntonl} e \funcd{ntons} ed i
613 rispettivi prototipi sono:
614 \begin{functions}
615   \headdecl{netinet/in.h}
616   \funcdecl{unsigned long int htonl(unsigned long int hostlong)} 
617   Converte l'intero a 32 bit \param{hostlong} dal formato della macchina a
618   quello della rete.
619  
620   \funcdecl{unsigned short int htons(unsigned short int hostshort)}
621   Converte l'intero a 16 bit \param{hostshort} dal formato della macchina a
622   quello della rete.
623
624   \funcdecl{unsigned long int ntonl(unsigned long int netlong)}
625   Converte l'intero a 32 bit \param{netlong} dal formato della rete a quello
626   della macchina.
627
628   \funcdecl{unsigned sort int ntons(unsigned short int netshort)}
629   Converte l'intero a 16 bit \param{netshort} dal formato della rete a quello
630   della macchina.
631   
632   \bodydesc{Tutte le funzioni restituiscono il valore convertito, e non hanno
633     errori.}
634 \end{functions}
635
636 I nomi sono assegnati usando la lettera \texttt{n} come mnemonico per indicare
637 l'ordinamento usato sulla rete (da \textit{network order}) e la lettera
638 \texttt{h} come mnemonico per l'ordinamento usato sulla macchina locale (da
639 \textit{host order}), mentre le lettere \texttt{s} e \texttt{l} stanno ad
640 indicare i tipi di dato (\ctyp{long} o \ctyp{short}, riportati anche dai
641 prototipi).
642
643 Usando queste funzioni si ha la conversione automatica: nel caso in cui la
644 macchina che si sta usando abbia una architettura \textit{big endian} queste
645 funzioni sono definite come macro che non fanno nulla. Per questo motivo vanno
646 sempre utilizzate, anche quando potrebbero non essere necessarie, in modo da
647 assicurare la portabilità del codice su tutte le architetture.
648
649
650 \subsection{Le funzioni \func{inet\_aton}, \func{inet\_addr} e 
651   \func{inet\_ntoa}}
652 \label{sec:sock_func_ipv4}
653
654 Un secondo insieme di funzioni di manipolazione serve per passare dal formato
655 binario usato nelle strutture degli indirizzi alla rappresentazione simbolica
656 dei numeri IP che si usa normalmente.
657
658 Le prime tre funzioni di manipolazione riguardano la conversione degli
659 indirizzi IPv4 da una stringa in cui il numero di IP è espresso secondo la
660 cosiddetta notazione \textit{dotted-decimal}, (cioè nella forma
661 \texttt{192.160.0.1}) al formato binario (direttamente in \textit{network
662   order}) e viceversa; in questo caso si usa la lettera \texttt{a} come
663 mnemonico per indicare la stringa. Dette funzioni sono \funcd{inet\_addr},
664 \funcd{inet\_aton} e \funcd{inet\_ntoa}, ed i rispettivi prototipi sono:
665 \begin{functions}
666   \headdecl{arpa/inet.h}
667   
668   \funcdecl{in\_addr\_t inet\_addr(const char *strptr)} Converte la stringa
669   dell'indirizzo \textit{dotted decimal} in nel numero IP in network order.
670
671   \funcdecl{int inet\_aton(const char *src, struct in\_addr *dest)} Converte
672   la stringa dell'indirizzo \textit{dotted decimal} in un indirizzo IP.
673
674   \funcdecl{char *inet\_ntoa(struct in\_addr addrptr)}
675   Converte un indirizzo IP in una stringa \textit{dotted decimal}.
676
677   \bodydesc{Tutte queste le funzioni non generano codice di errore.}
678 \end{functions}
679
680 La prima funzione, \func{inet\_addr}, restituisce l'indirizzo a 32 bit in
681 network order (del tipo \type{in\_addr\_t}) a partire dalla stringa passata
682 nell'argomento \param{strptr}. In caso di errore (quando la stringa non esprime
683 un indirizzo valido) restituisce invece il valore \const{INADDR\_NONE} che
684 tipicamente sono trentadue bit a uno.  Questo però comporta che la stringa
685 \texttt{255.255.255.255}, che pure è un indirizzo valido, non può essere usata
686 con questa funzione; per questo motivo essa è generalmente deprecata in favore
687 di \func{inet\_aton}.
688
689 La funzione \func{inet\_aton} converte la stringa puntata da \param{src}
690 nell'indirizzo binario che viene memorizzato nell'opportuna struttura
691 \struct{in\_addr} (si veda \secref{fig:sock_sa_ipv4_struct}) situata
692 all'indirizzo dato dall'argomento \param{dest} (è espressa in questa forma in
693 modo da poterla usare direttamente con il puntatore usato per passare la
694 struttura degli indirizzi). La funzione restituisce 0 in caso di successo e 1
695 in caso di fallimento.  Se usata con \param{dest} inizializzato a \val{NULL}
696 effettua la validazione dell'indirizzo.
697
698 L'ultima funzione, \func{inet\_ntoa}, converte il valore a 32 bit
699 dell'indirizzo (espresso in \textit{network order}) restituendo il puntatore
700 alla stringa che contiene l'espressione in formato dotted decimal. Si deve
701 tenere presente che la stringa risiede in memoria statica, per cui questa
702 funzione non è rientrante.
703
704
705 \subsection{Le funzioni \func{inet\_pton} e \func{inet\_ntop}}
706 \label{sec:sock_conv_func_gen}
707
708 Le tre funzioni precedenti sono limitate solo ad indirizzi IPv4, per questo
709 motivo è preferibile usare le due nuove funzioni \func{inet\_pton} e
710 \func{inet\_ntop} che possono convertire anche gli indirizzi IPv6. Anche in
711 questo caso le lettere \texttt{n} e \texttt{p} sono degli mnemonici per
712 ricordare il tipo di conversione effettuata e stanno per \textit{presentation}
713 e \textit{numeric}.
714
715 % \begin{figure}[htb]
716 %   \centering  
717
718 %   \caption{Schema della rappresentazioni utilizzate dalle funzioni di 
719 %     conversione \texttt{inet\_pton} e \texttt{inet\_ntop} }
720 %   \label{fig:sock_inet_conv_func}
721
722 % \end{figure}
723
724 Entrambe le funzioni accettano l'argomento \param{af} che indica il tipo di
725 indirizzo e può essere soltanto \const{AF\_INET} o \const{AF\_INET6}. La prima
726 funzione è \funcd{inet\_pton}, che serve a convertire una stringa in un
727 indirizzo, il suo prototipo è:
728 \begin{prototype}{sys/socket.h}
729 {int inet\_pton(int af, const char *src, void *addr\_ptr)} 
730
731   Converte l'indirizzo espresso tramite una stringa nel valore numerico.
732   
733   \bodydesc{La funzione restituisce un valore negativo se \param{af} specifica
734     una famiglia di indirizzi non valida, con \var{errno} che assume il valore
735     \errcode{EAFNOSUPPORT}, un valore nullo se \param{src} non rappresenta un
736     indirizzo valido, ed un valore positivo in caso di successo.}
737 \end{prototype}
738
739 La funzione converte la stringa indicata tramite \param{src} nel valore
740 numerico dell'indirizzo IP del tipo specificato da \param{af} che viene
741 memorizzato all'indirizzo puntato da \param{addr\_ptr}, la funzione restituisce
742 un valore positivo in caso di successo, e zero se la stringa non rappresenta
743 un indirizzo valido, e negativo se \param{af} specifica una famiglia di
744 indirizzi non valida.
745
746 La seconda funzione è \funcd{inet\_ntop} che converte un indirizzo in una
747 stringa; il suo prototipo è:
748 \begin{prototype}{sys/socket.h}
749   {char *inet\_ntop(int af, const void *addr\_ptr, char *dest, size\_t len)}
750   Converte l'indirizzo dalla relativa struttura in una stringa simbolica.
751  
752   \bodydesc{La funzione restituisce un puntatore non nullo alla stringa
753     convertita in caso di successo e \val{NULL} in caso di fallimento, nel
754     qual caso \var{errno} assume i valori: 
755     \begin{errlist}
756     \item[\errcode{ENOSPC}] le dimensioni della stringa con la conversione
757       dell'indirizzo eccedono la lunghezza specificata da \param{len}.
758     \item[\errcode{ENOAFSUPPORT}] la famiglia di indirizzi \param{af} non è
759       una valida.
760   \end{errlist}}
761 \end{prototype}
762
763 La funzione converte la struttura dell'indirizzo puntata da \param{addr\_ptr}
764 in una stringa che viene copiata nel buffer puntato dall'indirizzo
765 \param{dest}; questo deve essere preallocato dall'utente e la lunghezza deve
766 essere almeno \const{INET\_ADDRSTRLEN} in caso di indirizzi IPv4 e
767 \const{INET6\_ADDRSTRLEN} per indirizzi IPv6; la lunghezza del buffer deve
768 comunque venire specificata attraverso il parametro \param{len}.
769
770 Gli indirizzi vengono convertiti da/alle rispettive strutture di indirizzo
771 (una struttura \struct{in\_addr} per IPv4, e una struttura \struct{in6\_addr}
772 per IPv6), che devono essere precedentemente allocate e passate attraverso il
773 puntatore \param{addr\_ptr}; l'argomento \param{dest} di \func{inet\_ntop} non
774 può essere nullo e deve essere allocato precedentemente.
775
776 Il formato usato per gli indirizzi in formato di presentazione è la notazione
777 \textit{dotted decimal} per IPv4 e quello descritto in
778 \secref{sec:IP_ipv6_notation} per IPv6.
779
780 \index{socket|)}
781
782
783 \section{Un esempio di applicazione}
784 \label{sec:sock_appplication}
785
786 Per evitare di rendere questa introduzione ai socket puramente teorica
787 iniziamo con il mostrare un esempio di un client TCP elementare.  Prima di
788 passare agli esempi del client e del server, ritorniamo con maggiori dettagli
789 su una caratteristica delle funzioni di I/O che nel caso dei socket è
790 particolarmente rilevante, e che ci tornerà utile anche in seguito.
791
792
793 \subsection{Il comportamento delle funzioni di I/O}
794 \label{sec:sock_io_behav}
795
796 Una cosa di cui non sempre si è consapevoli quando si ha a che fare con i
797 socket è che le funzioni di input/output non sempre hanno lo stesso
798 comportamento che avrebbero con i normali files (in particolare questo accade
799 per i socket di tipo stream). 
800
801 Infatti con i socket è comune che funzioni come \func{read} o \func{write}
802 possano restituire in input o scrivere in output un numero di byte minore di
803 quello richiesto. Come già accennato in \secref{sec:file_read} questo è un
804 comportamento normale per l'I/O su file; con i normali file di dati il
805 problema si avverte solo quando si incontra la fine del file, ma in generale
806 non è così.
807
808 In questo caso tutto quello che il programma chiamante deve fare è di ripetere
809 la lettura (o scrittura) per la quantità di byte rimanenti (e le funzioni si
810 possono bloccare se i dati non sono disponibili): è lo stesso comportamento
811 che si può avere scrivendo più di \const{PIPE\_BUF} byte in una pipe (si
812 riveda quanto detto in \secref{sec:ipc_pipes}).
813
814 \begin{figure}[htb]
815   \centering
816   \footnotesize
817   \begin{lstlisting}{}
818 #include <unistd.h>
819
820 ssize_t FullRead(int fd, void *buf, size_t count) 
821 {
822     size_t nleft;
823     ssize_t nread;
824  
825     nleft = count;
826     while (nleft > 0) {             /* repeat until no left */
827         if ( (nread = read(fd, buf, nleft)) < 0) {
828             if (errno == EINTR) {   /* if interrupted by system call */
829                 continue;           /* repeat the loop */
830             } else {
831                 return(nread);      /* otherwise exit */
832             }
833         } else if (nread == 0) {    /* EOF */
834             break;                  /* break loop here */ 
835         }
836         nleft -= nread;             /* set left to read */
837         buf +=nread;                /* set pointer */
838     }
839     return (count - nleft);
840 }  
841   \end{lstlisting}
842   \caption{Funzione \func{FullRead}, legge \var{count} byte da un socket }
843   \label{fig:sock_FullRead_code}
844 \end{figure}
845
846 Per questo motivo, seguendo l'esempio di W. R. Stevens in \cite{UNP1}, si sono
847 definite due funzioni \func{FullRead} e \func{FullWrite} che eseguono la
848 lettura da un socket tenendo conto di questa caratteristica, ed in grado di
849 ritornare dopo avere letto o scritto esattamente il numero di byte
850 specificato; il sorgente è riportato in \figref{fig:sock_FullRead_code} e
851 \figref{fig:sock_FullWrite_code} ed è disponibile fra i sorgenti allegati alla
852 guida nei files \file{FullRead.c} e \file{FullWrite.c}.
853
854 \begin{figure}[htb]
855   \centering
856   \footnotesize
857   \begin{lstlisting}{}
858 #include <unistd.h>
859
860 ssize_t FullWrite(int fd, const void *buf, size_t count) 
861 {
862     size_t nleft;
863     ssize_t nwritten;
864
865     nleft = count;
866     while (nleft > 0) {             /* repeat until no left */
867         if ( (nwritten = write(fd, buf, nleft)) < 0) {
868             if (errno == EINTR) {   /* if interrupted by system call */
869                 continue;           /* repeat the loop */
870             } else {
871                 return(nwritten);   /* otherwise exit with error */
872             }
873         }
874         nleft -= nwritten;          /* set left to write */
875         buf +=nwritten;             /* set pointer */
876     }
877     return (count);
878 }  
879   \end{lstlisting}
880   \caption{Funzione \func{FullWrite}, scrive \var{count} byte su un socket.}
881   \label{fig:sock_FullWrite_code}
882 \end{figure}
883
884 Come si può notare le funzioni ripetono la lettura/scrittura in un ciclo fino
885 all'esaurimento del numero di byte richiesti, in caso di errore viene
886 controllato se questo è \errcode{EINTR} (cioè un'interruzione della system call
887 dovuta ad un segnale), nel qual caso l'accesso viene ripetuto, altrimenti
888 l'errore viene ritornato interrompendo il ciclo.
889
890 Nel caso della lettura, se il numero di byte letti è zero, significa che si è
891 arrivati alla fine del file (per i socket questo significa in genere che
892 l'altro capo è stato chiuso, e non è quindi più possibile leggere niente) e
893 pertanto si ritorna senza aver concluso la lettura di tutti i byte richiesti.
894
895
896
897 \subsection{Un primo esempio di client}
898 \label{sec:net_cli_sample}
899
900 Lo scopo di questo esempio è fornire un primo approccio alla programmazione di
901 rete e vedere come si usano le funzioni descritte in precedenza, alcune delle
902 funzioni usate nell'esempio saranno trattate in dettaglio nel capitolo
903 successivo; qui ci limiteremo a introdurre la nomenclatura senza fornire
904 definizioni precise e dettagli di funzionamento che saranno trattati
905 estensivamente più avanti.
906
907 In \figref{fig:net_cli_code} è riportata la sezione principale del codice del
908 nostro client elementare per il servizio \textit{daytime}, un servizio
909 standard che restituisce l'ora locale della macchina a cui si effettua la
910 richiesta.
911
912 \begin{figure}[!htb]
913   \footnotesize
914   \begin{lstlisting}{}
915 #include <sys/types.h>   /* predefined types */
916 #include <unistd.h>      /* include unix standard library */
917 #include <arpa/inet.h>   /* IP addresses conversion utilities */
918 #include <sys/socket.h>  /* socket library */
919 #include <stdio.h>       /* include standard I/O library */
920
921 int main(int argc, char *argv[])
922 {
923     int sock_fd;
924     int i, nread;
925     struct sockaddr_in serv_add;
926     char buffer[MAXLINE];
927      ...
928     /* create socket */
929     if ( (sock_fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) < 0) {
930         perror("Socket creation error");
931         return -1;
932     }
933     /* initialize address */
934     memset((void *) &serv_add, 0, sizeof(serv_add)); /* clear server address */
935     serv_add.sin_family = AF_INET;                   /* address type is INET */
936     serv_add.sin_port = htons(13);                   /* daytime post is 13 */
937     /* build address using inet_pton */
938     if ( (inet_pton(AF_INET, argv[optind], &serv_add.sin_addr)) <= 0) {
939         perror("Address creation error");
940         return -1;
941     }
942     /* extablish connection */
943     if (connect(sock_fd, (struct sockaddr *)&serv_add, sizeof(serv_add)) < 0) {
944         perror("Connection error");
945         return -1;
946     }
947     /* read daytime from server */
948     while ( (nread = read(sock_fd, buffer, MAXLINE)) > 0) {
949         buffer[nread]=0;
950         if (fputs(buffer, stdout) == EOF) {          /* write daytime */
951             perror("fputs error");
952             return -1;
953         }
954     }
955     /* error on read */
956     if (nread < 0) {
957         perror("Read error");
958         return -1;
959     }
960     /* normal exit */
961     return 0;
962 }
963   \end{lstlisting}
964   \caption{Esempio di codice di un client elementare per il servizio daytime.}
965   \label{fig:net_cli_code}
966 \end{figure}
967
968 Il sorgente completo del programma (\file{ElemDaytimeTCPClient.c}, che
969 comprende il trattamento delle opzioni e una funzione per stampare un
970 messaggio di aiuto) è allegato alla guida nella sezione dei codici sorgente e
971 può essere compilato su una qualunque macchina Linux.
972
973 Il programma anzitutto include gli header necessari (\texttt{\small 1--5});
974 dopo la dichiarazione delle variabili (\texttt{\small 9--12}) si è omessa
975 tutta la parte relativa al trattamento degli argomenti passati dalla linea di
976 comando (effettuata con le apposite routine illustrate in
977 \capref{sec:proc_opt_handling}).
978
979 Il primo passo (\texttt{\small 14--18}) è creare un \textit{socket} IPv4
980 (\const{AF\_INET}), di tipo TCP \const{SOCK\_STREAM}. La funzione
981 \func{socket} ritorna il descrittore che viene usato per identificare il
982 socket in tutte le chiamate successive. Nel caso la chiamata fallisca si
983 stampa un errore con la relativa routine e si esce.
984
985 Il passo seguente (\texttt{\small 19--27}) è quello di costruire un'apposita
986 struttura \struct{sockaddr\_in} in cui sarà inserito l'indirizzo del server ed
987 il numero della porta del servizio. Il primo passo è inizializzare tutto a
988 zero, per poi inserire il tipo di protocollo e la porta (usando per
989 quest'ultima la funzione \func{htons} per convertire il formato dell'intero
990 usato dal computer a quello usato nella rete), infine si utilizza la funzione
991 \func{inet\_pton} per convertire l'indirizzo numerico passato dalla linea di
992 comando.
993
994 Usando la funzione \func{connect} sul socket creato in precedenza
995 (\texttt{\small 28--32}) si provvede poi a stabilire la connessione con il
996 server specificato dall'indirizzo immesso nella struttura passata come secondo
997 argomento, il terzo argomento è la dimensione di detta struttura. Dato che
998 esistono diversi tipi di socket, si è dovuto effettuare un cast della
999 struttura inizializzata in precedenza, che è specifica per i socket IPv4.  Un
1000 valore di ritorno negativo implica il fallimento della connessione.
1001
1002 Completata con successo la connessione il passo successivo (\texttt{\small
1003   34--40}) è leggere la data dal socket; il server invierà sempre una stringa
1004 di 26 caratteri della forma \verb|Wed Apr 4 00:53:00 2001\r\n|, che viene
1005 letta dalla funzione \func{read} e scritta su \file{stdout}.
1006
1007 Dato il funzionamento di TCP la risposta potrà tornare in un unico pacchetto
1008 di 26 byte (come avverrà senz'altro nel caso in questione) ma potrebbe anche
1009 arrivare in 26 pacchetti di un byte.  Per questo nel caso generale non si può
1010 mai assumere che tutti i dati arrivino con una singola lettura, pertanto
1011 quest'ultima deve essere effettuata in un ciclo in cui si continui a leggere
1012 fintanto che la funzione \func{read} non ritorni uno zero (che significa che
1013 l'altro capo ha chiuso la connessione) o un numero minore di zero (che
1014 significa un errore nella connessione).
1015
1016 Si noti come in questo caso la fine dei dati sia specificata dal server che
1017 chiude la connessione; questa è una delle tecniche possibili (è quella usata
1018 pure dal protocollo HTTP), ma ce ne possono essere altre, ad esempio FTP marca
1019 la conclusione di un blocco di dati con la sequenza ASCII \verb|\r\n|
1020 (carriage return e line feed), mentre il DNS mette la lunghezza in testa ad
1021 ogni blocco che trasmette. Il punto essenziale è che TCP non provvede nessuna
1022 indicazione che permetta di marcare dei blocchi di dati, per cui se questo è
1023 necessario deve provvedere il programma stesso.
1024
1025 \subsection{Un primo esempio di server}
1026 \label{sec:net_serv_sample}
1027
1028 Dopo aver illustrato il client daremo anche un esempio di un server
1029 elementare, in grado di rispondere al precedente client. Il listato è
1030 nuovamente mostrato in \figref{fig:net_serv_code}, il sorgente completo
1031 (\file{ElemDaytimeTCPServer.c}) è allegato insieme agli altri file nella
1032 directory \file{sources}.
1033
1034 \begin{figure}[!htbp]
1035   \footnotesize
1036   \begin{lstlisting}{}
1037 #include <sys/types.h>   /* predefined types */
1038 #include <unistd.h>      /* include unix standard library */
1039 #include <arpa/inet.h>   /* IP addresses conversion utilities */
1040 #include <sys/socket.h>  /* socket library */
1041 #include <stdio.h>       /* include standard I/O library */
1042 #include <time.h>
1043 #define MAXLINE 80
1044 #define BACKLOG 10
1045 int main(int argc, char *argv[])
1046 {
1047 /* 
1048  * Variables definition  
1049  */
1050     int list_fd, conn_fd;
1051     int i;
1052     struct sockaddr_in serv_add;
1053     char buffer[MAXLINE];
1054     time_t timeval;
1055     ...
1056     /* create socket */
1057     if ( (list_fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) < 0) {
1058         perror("Socket creation error");
1059         exit(-1);
1060     }
1061     /* initialize address */
1062     memset((void *)&serv_add, 0, sizeof(serv_add)); /* clear server address */
1063     serv_add.sin_family = AF_INET;                  /* address type is INET */
1064     serv_add.sin_port = htons(13);                  /* daytime port is 13 */
1065     serv_add.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);   /* connect from anywhere */
1066     /* bind socket */
1067     if (bind(list_fd, (struct sockaddr *)&serv_add, sizeof(serv_add)) < 0) {
1068         perror("bind error");
1069         exit(-1);
1070     }
1071     /* listen on socket */
1072     if (listen(list_fd, BACKLOG) < 0 ) {
1073         perror("listen error");
1074         exit(-1);
1075     }
1076     /* write daytime to client */
1077     while (1) {
1078         if ( (conn_fd = accept(list_fd, (struct sockaddr *) NULL, NULL)) <0 ) {
1079             perror("accept error");
1080             exit(-1);
1081         }
1082         timeval = time(NULL);
1083         snprintf(buffer, sizeof(buffer), "%.24s\r\n", ctime(&timeval));
1084         if ( (write(conn_fd, buffer, strlen(buffer))) < 0 ) {
1085             perror("write error");
1086             exit(-1);
1087         }
1088         close(conn_fd);
1089     }
1090     /* normal exit */
1091     exit(0);
1092 }
1093   \end{lstlisting}
1094   \caption{Esempio di codice di un semplice server per il servizio daytime.}
1095   \label{fig:net_serv_code}
1096 \end{figure}
1097
1098 Come per il client si includono gli header necessari a cui è aggiunto quello
1099 per trattare i tempi, e si definiscono alcune costanti e le variabili
1100 necessarie in seguito (\texttt{\small 1--18}), come nel caso precedente si
1101 sono omesse le parti relative al trattamento delle opzioni da riga di comando.
1102
1103 La creazione del socket (\texttt{\small 22--26}) è analoga al caso precedente,
1104 come pure l'inizializzazione della struttura \struct{sockaddr\_in}, anche in
1105 questo caso si usa la porta standard del servizio daytime, ma come indirizzo
1106 IP si il valore predefinito \const{INET\_ANY} che corrisponde ad un indirizzo
1107 generico (\texttt{\small 27--31}).
1108
1109 Si effettua poi (\texttt{\small 32--36}) la chiamata alla funzione
1110 \func{bind} che permette di associare la precedente struttura al socket, in
1111 modo che quest'ultimo possa essere usato per accettare connessioni su una
1112 qualunque delle interfacce di rete locali.
1113
1114 Il passo successivo (\texttt{\small 37--41}) è mettere ``in ascolto'' il
1115 socket, questo viene effettuato con la funzione \func{listen} che dice al
1116 kernel di accettare connessioni per il socket specificato, la funzione indica
1117 inoltre, con il secondo parametro, il numero massimo di connessioni che il
1118 kernel accetterà di mettere in coda per il suddetto socket.
1119
1120 Questa ultima chiamata completa la preparazione del socket per l'ascolto (che
1121 viene chiamato anche \textit{listening descriptor}) a questo punto il processo
1122 è mandato in sleep (\texttt{\small 44--47}) con la successiva chiamata alla
1123 funzione \func{accept}, fin quando non arriva e viene accettata una
1124 connessione da un client.
1125
1126 Quando questo avviene \func{accept} ritorna un secondo descrittore di socket,
1127 che viene chiamato \textit{connected descriptor} che è quello che viene usato
1128 dalla successiva chiamata alla \func{write} per scrivere la risposta al
1129 client, una volta che si è opportunamente (\texttt{\small 48--49}) costruita
1130 la stringa con la data da trasmettere. Completata la trasmissione il nuovo
1131 socket viene chiuso (\texttt{\small 54}).  Il tutto è inserito in un ciclo
1132 infinito (\texttt{\small 42--55}) in modo da poter ripetere l'invio della data
1133 ad una successiva connessione.
1134
1135 È importante notare che questo server è estremamente elementare, infatti a
1136 parte il fatto di essere dipendente da IPv4, esso è in grado di servire solo
1137 un client alla volta, è cioè un \textsl{server iterativo}, inoltre esso è
1138 scritto per essere lanciato da linea di comando, se lo si volesse utilizzare
1139 come demone di sistema (che è in esecuzione anche quando non c'è nessuna shell
1140 attiva e il terminale da cui lo si è lanciato è stato sconnesso),
1141 occorrerebbero delle opportune modifiche.
1142
1143
1144
1145 %%% Local Variables: 
1146 %%% mode: latex
1147 %%% TeX-master: "gapil"
1148 %%% End: