socket.tex

   1 %% socket.tex
   2 %%
   3 %% Copyright (C) 2000-2009 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 "Un preambolo",
   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
  12 \chapter{Introduzione ai socket}
  13 \label{cha:socket_intro}
  14
  15 In questo capitolo inizieremo a spiegare le caratteristiche salienti della
  16 principale interfaccia per la programmazione di rete, quella dei
  17 \textit{socket}, che, pur essendo nata in ambiente Unix, è usata ormai da
  18 tutti i sistemi operativi.
  19
  20 Dopo una breve panoramica sulle caratteristiche di questa interfaccia vedremo
  21 come creare un socket e come collegarlo allo specifico protocollo di rete che
  22 si utilizzerà per la comunicazione. Per evitare un'introduzione puramente
  23 teorica concluderemo il capitolo con un primo esempio di applicazione.
  24
  25 \section{Una panoramica}
  26 \label{sec:sock_overview}
  27
  28 Iniziamo con una descrizione essenziale di cosa sono i \textit{socket} e di
  29 quali sono i concetti fondamentali da tenere presente quando si ha a che fare
  30 con essi.
  31
  32 \index{socket!definizione|(}
  33
  34 \subsection{I \textit{socket}}
  35 \label{sec:sock_socket_def}
  36
  37 I \textit{socket}\footnote{una traduzione letterale potrebbe essere
  38   \textsl{presa}, ma essendo universalmente noti come \textit{socket}
  39   utilizzeremo sempre la parola inglese.} sono uno dei principali meccanismi
  40 di comunicazione utilizzato in ambito Unix, e li abbiamo brevemente incontrati
  41 in sez.~\ref{sec:ipc_socketpair}, fra i vari meccanismi di intercomunicazione
  42 fra processi. Un socket costituisce in sostanza un canale di comunicazione fra
  43 due processi su cui si possono leggere e scrivere dati analogo a quello di una
  44 pipe (vedi sez.~\ref{sec:ipc_pipes}) ma, a differenza di questa e degli altri
  45 meccanismi esaminati nel capitolo cap.~\ref{cha:IPC}, i socket non sono
  46 limitati alla comunicazione fra processi che girano sulla stessa macchina, ma
  47 possono realizzare la comunicazione anche attraverso la rete.
  48
  49 Quella dei socket costituisce infatti la principale interfaccia usata nella
  50 programmazione di rete.  La loro origine risale al 1983, quando furono
  51 introdotti in BSD 4.2; l'interfaccia è rimasta sostanzialmente la stessa, con
  52 piccole modifiche, negli anni successivi. Benché siano state sviluppate
  53 interfacce alternative, originate dai sistemi SVr4 come la XTI (\textit{X/Open
  54   Transport Interface}) nessuna ha mai raggiunto la diffusione e la popolarità
  55 di quella dei socket (né tantomeno la stessa usabilità e flessibilità).
  56
  57 La flessibilità e la genericità dell'interfaccia inoltre consente di
  58 utilizzare i socket con i più disparati meccanismi di comunicazione, e non
  59 solo con l'insieme dei protocolli TCP/IP, anche se questa sarà comunque quella
  60 di cui tratteremo in maniera più estesa.
  61
  62
  63 \subsection{Concetti base}
  64 \label{sec:sock_gen}
  65
  66 Per capire il funzionamento dei socket occorre avere presente il funzionamento
  67 dei protocolli di rete (vedi cap.~\ref{cha:network}), ma l'interfaccia è del
  68 tutto generale e benché le problematiche (e quindi le modalità di risolvere i
  69 problemi) siano diverse a seconda del tipo di protocollo di comunicazione
  70 usato, le funzioni da usare restano le stesse.
  71
  72 Per questo motivo una semplice descrizione dell'interfaccia è assolutamente
  73 inutile, in quanto il comportamento di quest'ultima e le problematiche da
  74 affrontare cambiano radicalmente a seconda dello \textsl{stile} di
  75 comunicazione usato.  La scelta di questo stile va infatti ad incidere sulla
  76 semantica che verrà utilizzata a livello utente per gestire la comunicazione
  77 (su come inviare e ricevere i dati) e sul comportamento effettivo delle
  78 funzioni utilizzate.
  79
  80 La scelta di uno stile dipende sia dai meccanismi disponibili, sia dal tipo di
  81 comunicazione che si vuole effettuare. Ad esempio alcuni stili di
  82 comunicazione considerano i dati come una sequenza continua di byte, in quello
  83 che viene chiamato un \textsl{flusso} (in inglese \textit{stream}), mentre
  84 altri invece li raggruppano in \textsl{pacchetti} (in inglese
  85 \textit{datagram}) che vengono inviati in blocchi separati.
  86
  87 Un altro esempio di stile concerne la possibilità che la comunicazione possa o
  88 meno perdere dati, possa o meno non rispettare l'ordine in cui essi non sono
  89 inviati, o inviare dei pacchetti più volte (come nel caso di TCP e UDP).
  90
  91 Un terzo esempio di stile di comunicazione concerne le modalità in cui essa
  92 avviene, in certi casi essa può essere condotta con una connessione diretta
  93 con un solo corrispondente, come per una telefonata; altri casi possono
  94 prevedere una comunicazione come per lettera, in cui si scrive l'indirizzo su
  95 ogni pacchetto, altri ancora una comunicazione \itindex{broadcast}
  96 \textit{broadcast} come per la radio, in cui i pacchetti vengono emessi su
  97 appositi ``\textsl{canali}'' dove chiunque si collega possa riceverli.
  98
  99 É chiaro che ciascuno di questi stili comporta una modalità diversa di gestire
 100 la comunicazione, ad esempio se è inaffidabile occorrerà essere in grado di
 101 gestire la perdita o il rimescolamento dei dati, se è a pacchetti questi
 102 dovranno essere opportunamente trattati, ecc.
 103
 104
 105 \section{La creazione di un socket}
 106 \label{sec:sock_creation}
 107
 108 Come accennato l'interfaccia dei socket è estremamente flessibile e permette
 109 di interagire con protocolli di comunicazione anche molto diversi fra di loro;
 110 in questa sezione vedremo come è possibile creare un socket e come specificare
 111 il tipo di comunicazione che esso deve utilizzare.
 112
 113 \subsection{La funzione \func{socket}}
 114 \label{sec:sock_socket}
 115
 116 La creazione di un socket avviene attraverso l'uso della funzione
 117 \funcd{socket}; essa restituisce un \textit{file descriptor}\footnote{del
 118   tutto analogo a quelli che si ottengono per i file di dati e le pipe,
 119   descritti in sez.~\ref{sec:file_fd}.} che serve come riferimento al socket;
 120 il suo prototipo è:
 121 \begin{prototype}{sys/socket.h}{int socket(int domain, int type, int protocol)}
 122
 123   Apre un socket.
 124
 125   \bodydesc{La funzione restituisce un intero positivo in caso di successo, e
 126     -1 in caso di fallimento, nel qual caso la variabile \var{errno} assumerà
 127   i valori:
 128   \begin{errlist}
 129   \item[\errcode{EPROTONOSUPPORT}] il tipo di socket o il protocollo scelto
 130     non sono supportati nel dominio.
 131   \item[\errcode{ENFILE}] il kernel non ha memoria sufficiente a creare una
 132     nuova struttura per il socket.
 133   \item[\errcode{EMFILE}] si è ecceduta la tabella dei file.
 134   \item[\errcode{EACCES}] non si hanno privilegi per creare un socket nel
 135     dominio o con il protocollo specificato.
 136   \item[\errcode{EINVAL}] protocollo sconosciuto o dominio non disponibile.
 137   \item[\errcode{ENOBUFS}] non c'è sufficiente memoria per creare il socket
 138     (può essere anche \errval{ENOMEM}).
 139   \end{errlist}
 140   inoltre, a seconda del protocollo usato, potranno essere generati altri
 141   errori, che sono riportati nelle relative pagine di manuale.}
 142 \end{prototype}
 143
 144 La funzione ha tre argomenti, \param{domain} specifica il dominio del socket
 145 (definisce cioè, come vedremo in sez.~\ref{sec:sock_domain}, la famiglia di
 146 protocolli usata), \param{type} specifica il tipo di socket (definisce cioè,
 147 come vedremo in sez.~\ref{sec:sock_type}, lo stile di comunicazione) e
 148 \param{protocol} il protocollo; in genere quest'ultimo è indicato
 149 implicitamente dal tipo di socket, per cui di norma questo valore viene messo
 150 a zero (con l'eccezione dei \textit{raw socket}).
 151
 152 Si noti che la creazione del socket si limita ad allocare le opportune
 153 strutture nel kernel (sostanzialmente una voce nella \itindex{file~table}
 154 \textit{file table}) e non comporta nulla riguardo all'indicazione degli
 155 indirizzi remoti o locali attraverso i quali si vuole effettuare la
 156 comunicazione.
 157
 158 \subsection{Il dominio dei socket}
 159 \label{sec:sock_domain}
 160
 161 Dati i tanti e diversi protocolli di comunicazione disponibili, esistono vari
 162 tipi di socket, che vengono classificati raggruppandoli in quelli che si
 163 chiamano \textsl{domini}.  La scelta di un dominio equivale in sostanza alla
 164 scelta di una famiglia di protocolli, e viene effettuata attraverso
 165 l'argomento \param{domain} della funzione \func{socket}. Ciascun dominio ha un
 166 suo nome simbolico che convenzionalmente è indicato da una costante che inizia
 167 per \texttt{PF\_}, sigla che sta per \textit{protocol family}, altro nome con
 168 cui si indicano i domini.
 169
 170 A ciascun tipo di dominio corrisponde un analogo nome simbolico, anch'esso
 171 associato ad una costante, che inizia invece per \texttt{AF\_} (da
 172 \textit{address family}) che identifica il formato degli indirizzi usati in
 173 quel dominio. Le pagine di manuale di Linux si riferiscono a questi indirizzi
 174 anche come \textit{name space},\footnote{nome che invece il manuale delle
 175   \acr{glibc} riserva a quello che noi abbiamo chiamato domini.} dato che
 176 identificano il formato degli indirizzi usati in quel dominio per identificare
 177 i capi della comunicazione.
 178
 179 \begin{table}[htb]
 180   \footnotesize
 181   \centering
 182   \begin{tabular}[c]{|l|l|l|l|}
 183        \hline
 184        \textbf{Nome}&\textbf{Valore}&\textbf{Utilizzo}&\textbf{Man page} \\
 185        \hline
 186        \hline
 187        \const{PF\_UNSPEC}   & 0& Non specificato               &            \\
 188        \const{PF\_LOCAL}    & 1& Local communication           & unix(7)    \\
 189        \const{PF\_UNIX}, \const{PF\_FILE}&1&Sinonimi di \const{PF\_LOCAL}& \\
 190        \const{PF\_INET}     & 2& IPv4 Internet protocols       & ip(7)      \\
 191        \const{PF\_AX25}     & 3& Amateur radio AX.25 protocol  &            \\
 192        \const{PF\_IPX}      & 4& IPX - Novell protocols        &            \\
 193        \const{PF\_APPLETALK}& 5& Appletalk                     & ddp(7)     \\
 194        \const{PF\_NETROM}   & 6& Amateur radio NetROM          &            \\
 195        \const{PF\_BRIDGE}   & 7& Multiprotocol bridge          &            \\
 196        \const{PF\_ATMPVC}   & 8& Access to raw ATM PVCs        &            \\
 197        \const{PF\_X25}      & 9& ITU-T X.25 / ISO-8208 protocol& x25(7)     \\
 198        \const{PF\_INET6}    &10& IPv6 Internet protocols       & ipv6(7)    \\
 199        \const{PF\_ROSE}     &11& Amateur Radio X.25 PLP        &            \\
 200        \const{PF\_DECnet}   &12& Reserved for DECnet project   &            \\
 201        \const{PF\_NETBEUI}  &13& Reserved for 802.2LLC project &            \\
 202        \const{PF\_SECURITY} &14& Security callback pseudo AF   &            \\
 203        \const{PF\_KEY}      &15& PF\_KEY key management API    &            \\
 204        \const{PF\_NETLINK}  &16& Kernel user interface device  & netlink(7) \\
 205        \const{PF\_ROUTE}    &16& Sinonimo di \const{PF\_NETLINK} emula BSD.&\\
 206        \const{PF\_PACKET}   &17& Low level packet interface    & packet(7)  \\
 207        \const{PF\_ASH}      &18& Ash                           &    \\
 208        \const{PF\_ECONET}   &19& Acorn Econet                  &    \\
 209        \const{PF\_ATMSVC}   &20& ATM SVCs                      &    \\
 210        \const{PF\_SNA}      &22& Linux SNA Project             &    \\
 211        \const{PF\_IRDA}     &23& IRDA socket                   &    \\
 212        \const{PF\_PPPOX}    &24& PPPoX socket                  &    \\
 213        \const{PF\_WANPIPE}  &25& Wanpipe API socket            &    \\
 214        \const{PF\_LLC}      &26& Linux LLC                     &    \\
 215        \const{PF\_BLUETOOTH}&31& Bluetooth socket              &    \\
 216        \hline
 217   \end{tabular}
 218   \caption{Famiglie di protocolli definiti in Linux.}
 219   \label{tab:net_pf_names}
 220 \end{table}
 221
 222 % TODO aggiungere PF_CAN, vedi http://lwn.net/Articles/253425, dal 2.6.25
 223
 224 L'idea alla base della distinzione fra questi due insiemi di costanti era che
 225 una famiglia di protocolli potesse supportare vari tipi di indirizzi, per cui
 226 il prefisso \texttt{PF\_} si sarebbe dovuto usare nella creazione dei socket e
 227 il prefisso \texttt{AF\_} in quello delle strutture degli indirizzi; questo è
 228 quanto specificato anche dallo standard POSIX.1g, ma non esistono a tuttora
 229 famiglie di protocolli che supportino diverse strutture di indirizzi, per cui
 230 nella pratica questi due nomi sono equivalenti e corrispondono agli stessi
 231 valori numerici.\footnote{in Linux, come si può verificare andando a guardare
 232   il contenuto di \file{bits/socket.h}, le costanti sono esattamente le stesse
 233   e ciascuna \texttt{AF\_} è definita alla corrispondente \texttt{PF\_} e con
 234   lo stesso nome.}
 235
 236 I domini (e i relativi nomi simbolici), così come i nomi delle famiglie di
 237 indirizzi, sono definiti dall'header \texttt{socket.h}. Un elenco delle
 238 famiglie di protocolli disponibili in Linux è riportato in
 239 tab.~\ref{tab:net_pf_names}.\footnote{l'elenco indica tutti i protocolli
 240   definiti; fra questi però saranno utilizzabili solo quelli per i quali si è
 241   compilato il supporto nel kernel (o si sono caricati gli opportuni moduli),
 242   viene definita anche una costante \const{PF\_MAX} che indica il valore
 243   massimo associabile ad un dominio (nel caso il suo valore 32).}
 244
 245 Si tenga presente che non tutte le famiglie di protocolli sono utilizzabili
 246 dall'utente generico, ad esempio in generale tutti i socket di tipo
 247 \const{SOCK\_RAW} possono essere creati solo da processi che hanno i privilegi
 248 di amministratore (cioè con user-ID effettivo uguale a zero) o dotati della
 249 \itindex{capabilities} \textit{capability} \const{CAP\_NET\_RAW}.
 250
 251
 252 \subsection{Il tipo di socket}
 253 \label{sec:sock_type}
 254
 255 La scelta di un dominio non comporta però la scelta dello stile di
 256 comunicazione, questo infatti viene a dipendere dal protocollo che si andrà ad
 257 utilizzare fra quelli disponibili nella famiglia scelta. L'interfaccia dei
 258 socket permette di scegliere lo stile di comunicazione indicando il tipo di
 259 socket con l'argomento \param{type} di \func{socket}. Linux mette a
 260 disposizione vari tipi di socket (che corrispondono a quelli che il manuale
 261 della \acr{glibc} \cite{glibc} chiama \textit{styles}) identificati dalle
 262 seguenti costanti:\footnote{le pagine di manuale POSIX riportano solo i primi
 263   tre tipi, Linux supporta anche gli altri, come si può verificare nel file
 264   \texttt{include/linux/net.h} dei sorgenti del kernel.}
 265
 266 \begin{basedescript}{\desclabelwidth{2.9cm}\desclabelstyle{\nextlinelabel}}
 267 \item[\const{SOCK\_STREAM}] Provvede un canale di trasmissione dati
 268   bidirezionale, sequenziale e affidabile. Opera su una connessione con un
 269   altro socket. I dati vengono ricevuti e trasmessi come un flusso continuo di
 270   byte (da cui il nome \textit{stream}) e possono essere letti in blocchi di
 271   dimensioni qualunque. Può supportare la trasmissione dei cosiddetti dati
 272   urgenti (o \itindex{out-of-band} \textit{out-of-band}, vedi
 273   sez.~\ref{sec:TCP_urgent_data}).
 274 \item[\const{SOCK\_DGRAM}] Viene usato per trasmettere pacchetti di dati
 275   (\textit{datagram}) di lunghezza massima prefissata, indirizzati
 276   singolarmente. Non esiste una connessione e la trasmissione è effettuata in
 277   maniera non affidabile.
 278 \item[\const{SOCK\_SEQPACKET}] Provvede un canale di trasmissione di dati
 279   bidirezionale, sequenziale e affidabile. Opera su una connessione con un
 280   altro socket. I dati possono vengono trasmessi per pacchetti di dimensione
 281   massima fissata, e devono essere letti integralmente da ciascuna chiamata a
 282   \func{read}.
 283 \item[\const{SOCK\_RAW}] Provvede l'accesso a basso livello ai protocolli di
 284   rete e alle varie interfacce. I normali programmi di comunicazione non
 285   devono usarlo, è riservato all'uso di sistema.
 286 \item[\const{SOCK\_RDM}] Provvede un canale di trasmissione di dati
 287   affidabile, ma in cui non è garantito l'ordine di arrivo dei pacchetti.
 288 \item[\const{SOCK\_PACKET}] Obsoleto, non deve essere più usato.\footnote{e
 289     pertanto non ne parleremo ulteriormente.}
 290 \end{basedescript}
 291
 292 Si tenga presente che non tutte le combinazioni fra una famiglia di protocolli
 293 e un tipo di socket sono valide, in quanto non è detto che in una famiglia
 294 esista un protocollo per ciascuno dei diversi stili di comunicazione appena
 295 elencati.
 296
 297 \begin{table}[htb]
 298   \footnotesize
 299   \centering
 300   \begin{tabular}{|l|c|c|c|c|c|}
 301     \hline
 302     \multicolumn{1}{|c|}{\textbf{Famiglia}}&
 303     \multicolumn{5}{|c|}{\textbf{Tipo}}\\
 304     \hline
 305     \hline
 306     &\const{SOCK\_STREAM} &\const{SOCK\_DGRAM}     &\const{SOCK\_RAW}&
 307       \const{SOCK\_RDM}&\const{SOCK\_SEQPACKET} \\
 308      \hline
 309     \const{PF\_LOCAL}     &  si & si  &      &     &     \\
 310      \hline
 311 %    \const{PF\_UNIX}&\multicolumn{5}{|l|}{sinonimo di \const{PF\_LOCAL}.}\\
 312 %     \hline
 313     \const{PF\_INET}      & TCP & UDP & IPv4 &     &     \\
 314      \hline
 315     \const{PF\_INET6}     & TCP & UDP & IPv6 &     &     \\
 316      \hline
 317     \const{PF\_IPX}       &     &     &      &     &     \\
 318      \hline
 319     \const{PF\_NETLINK}   &     &  si &  si  &     &     \\
 320      \hline
 321     \const{PF\_X25}       &     &     &      &     &  si \\
 322      \hline
 323     \const{PF\_AX25}      &     &     &      &     &     \\
 324      \hline
 325     \const{PF\_ATMPVC}    &     &     &      &     &     \\
 326      \hline
 327     \const{PF\_APPLETALK} &     & si  &  si  &     &     \\
 328      \hline
 329     \const{PF\_PACKET}    &     & si  & si   &     &     \\
 330      \hline
 331   \end{tabular}
 332   \caption{Combinazioni valide di dominio e tipo di protocollo per la
 333     funzione \func{socket}.}
 334   \label{tab:sock_sock_valid_combinations}
 335 \end{table}
 336
 337 In tab.~\ref{tab:sock_sock_valid_combinations} sono mostrate le combinazioni
 338 valide possibili per le principali famiglie di protocolli. Per ogni
 339 combinazione valida si è indicato il tipo di protocollo, o la parola
 340 \textsl{si} qualora non il protocollo non abbia un nome definito, mentre si
 341 sono lasciate vuote le caselle per le combinazioni non supportate.
 342
 343
 344 \section{Le strutture degli indirizzi dei socket}
 345 \label{sec:sock_sockaddr}
 346
 347 Come si è visto nella creazione di un socket non si specifica nulla oltre al
 348 tipo di famiglia di protocolli che si vuole utilizzare, in particolare nessun
 349 indirizzo che identifichi i due capi della comunicazione. La funzione infatti
 350 si limita ad allocare nel kernel quanto necessario per poter poi realizzare la
 351 comunicazione.
 352
 353 Gli indirizzi infatti vengono specificati attraverso apposite strutture che
 354 vengono utilizzate dalle altre funzioni della interfaccia dei socket, quando
 355 la comunicazione viene effettivamente realizzata.  Ogni famiglia di protocolli
 356 ha ovviamente una sua forma di indirizzamento e in corrispondenza a questa una
 357 sua peculiare struttura degli indirizzi. I nomi di tutte queste strutture
 358 iniziano per \var{sockaddr\_}; quelli propri di ciascuna famiglia vengono
 359 identificati dal suffisso finale, aggiunto al nome precedente.
 360
 361
 362 \subsection{La struttura generica}
 363 \label{sec:sock_sa_gen}
 364
 365 Le strutture degli indirizzi vengono sempre passate alle varie funzioni
 366 attraverso puntatori (cioè \textit{by reference}), ma le funzioni devono poter
 367 maneggiare puntatori a strutture relative a tutti gli indirizzi possibili
 368 nelle varie famiglie di protocolli; questo pone il problema di come passare
 369 questi puntatori, il C moderno risolve questo problema coi i puntatori
 370 generici (i \ctyp{void *}), ma l'interfaccia dei socket è antecedente alla
 371 definizione dello standard ANSI C, e per questo nel 1982 fu scelto di definire
 372 una struttura generica per gli indirizzi dei socket, \struct{sockaddr}, che si
 373 è riportata in fig.~\ref{fig:sock_sa_gen_struct}.
 374
 375 \begin{figure}[!htb]
 376   \footnotesize \centering
 377   \begin{minipage}[c]{15cm}
 378     \includestruct{listati/sockaddr.h}
 379   \end{minipage}
 380   \caption{La struttura generica degli indirizzi dei socket
 381     \structd{sockaddr}.}
 382   \label{fig:sock_sa_gen_struct}
 383 \end{figure}
 384
 385 Tutte le funzioni dei socket che usano gli indirizzi sono definite usando nel
 386 prototipo un puntatore a questa struttura; per questo motivo quando si
 387 invocano dette funzioni passando l'indirizzo di un protocollo specifico
 388 occorrerà eseguire una conversione del relativo puntatore.
 389
 390 I tipi di dati che compongono la struttura sono stabiliti dallo standard
 391 POSIX.1g e li abbiamo riassunti in tab.~\ref{tab:sock_data_types} con i
 392 rispettivi file di include in cui sono definiti; la struttura è invece
 393 definita nell'include file \file{sys/socket.h}.
 394
 395 \begin{table}[!htb]
 396   \centering
 397   \footnotesize
 398   \begin{tabular}{|l|l|l|}
 399     \hline
 400     \multicolumn{1}{|c|}{\textbf{Tipo}}&
 401     \multicolumn{1}{|c|}{\textbf{Descrizione}}&
 402     \multicolumn{1}{|c|}{\textbf{Header}} \\
 403     \hline
 404     \hline
 405     \type{int8\_t}   & intero a 8 bit con segno   & \file{sys/types.h}\\
 406     \type{uint8\_t}  & intero a 8 bit senza segno & \file{sys/types.h}\\
 407     \type{int16\_t}  & intero a 16 bit con segno  & \file{sys/types.h}\\
 408     \type{uint16\_t} & intero a 16 bit senza segno& \file{sys/types.h}\\
 409     \type{int32\_t}  & intero a 32 bit con segno  & \file{sys/types.h}\\
 410     \type{uint32\_t} & intero a 32 bit senza segno& \file{sys/types.h}\\
 411     \hline
 412     \type{sa\_family\_t} & famiglia degli indirizzi& \file{sys/socket.h}\\
 413     \type{socklen\_t} & lunghezza (\type{uint32\_t}) dell'indirizzo di
 414     un socket& \file{sys/socket.h}\\
 415     \hline
 416     \type{in\_addr\_t} & indirizzo IPv4 (\type{uint32\_t}) &
 417     \file{netinet/in.h}\\
 418     \type{in\_port\_t} & porta TCP o UDP (\type{uint16\_t})&
 419     \file{netinet/in.h}\\
 420     \hline
 421   \end{tabular}
 422   \caption{Tipi di dati usati nelle strutture degli indirizzi, secondo quanto
 423     stabilito dallo standard POSIX.1g.}
 424   \label{tab:sock_data_types}
 425 \end{table}
 426
 427 In alcuni sistemi la struttura è leggermente diversa e prevede un primo membro
 428 aggiuntivo \code{uint8\_t sin\_len} (come riportato da R. Stevens in
 429 \cite{UNP1}). Questo campo non verrebbe usato direttamente dal programmatore e
 430 non è richiesto dallo standard POSIX.1g, in Linux pertanto non esiste. Il
 431 campo \type{sa\_family\_t} era storicamente un \ctyp{unsigned short}.
 432
 433 Dal punto di vista del programmatore l'unico uso di questa struttura è quello
 434 di fare da riferimento per il casting, per il kernel le cose sono un po'
 435 diverse, in quanto esso usa il puntatore per recuperare il campo
 436 \var{sa\_family}, comune a tutte le famiglie, con cui determinare il tipo di
 437 indirizzo; per questo motivo, anche se l'uso di un puntatore \ctyp{void *}
 438 sarebbe più immediato per l'utente (che non dovrebbe più eseguire il casting),
 439 è stato mantenuto l'uso di questa struttura.
 440
 441
 442 \subsection{La struttura degli indirizzi IPv4}
 443 \label{sec:sock_sa_ipv4}
 444
 445 I socket di tipo \const{PF\_INET} vengono usati per la comunicazione
 446 attraverso internet; la struttura per gli indirizzi per un socket internet (se
 447 si usa IPv4) è definita come \struct{sockaddr\_in} nell'header file
 448 \file{netinet/in.h} ed ha la forma mostrata in
 449 fig.~\ref{fig:sock_sa_ipv4_struct}, conforme allo standard POSIX.1g.
 450
 451 \begin{figure}[!htb]
 452   \footnotesize\centering
 453   \begin{minipage}[c]{15cm}
 454     \includestruct{listati/sockaddr_in.h}
 455   \end{minipage}
 456   \caption{La struttura \structd{sockaddr\_in} degli indirizzi dei socket
 457     internet (IPv4) e la struttura \structd{in\_addr} degli indirizzi IPv4.}
 458   \label{fig:sock_sa_ipv4_struct}
 459 \end{figure}
 460
 461 L'indirizzo di un socket internet (secondo IPv4) comprende l'indirizzo
 462 internet di un'interfaccia più un \textsl{numero di porta} (affronteremo in
 463 dettaglio il significato di questi numeri in sez.~\ref{sec:TCP_port_num}).  Il
 464 protocollo IP non prevede numeri di porta, che sono utilizzati solo dai
 465 protocolli di livello superiore come TCP e UDP. Questa struttura però viene
 466 usata anche per i socket RAW che accedono direttamente al livello di IP, nel
 467 qual caso il numero della porta viene impostato al numero di protocollo.
 468
 469 Il membro \var{sin\_family} deve essere sempre impostato a \const{AF\_INET},
 470 altrimenti si avrà un errore di \errcode{EINVAL}; il membro \var{sin\_port}
 471 specifica il \textsl{numero di porta}. I numeri di porta sotto il 1024 sono
 472 chiamati \textsl{riservati} in quanto utilizzati da servizi standard e
 473 soltanto processi con i privilegi di amministratore (con user-ID effettivo
 474 uguale a zero) o con la \itindex{capabilities} \textit{capability}
 475 \const{CAP\_NET\_BIND\_SERVICE} possono usare la funzione \func{bind} (che
 476 vedremo in sez.~\ref{sec:TCP_func_bind}) su queste porte.
 477
 478 Il membro \var{sin\_addr} contiene un indirizzo internet, e viene acceduto sia
 479 come struttura (un resto di una implementazione precedente in cui questa era
 480 una \direct{union} usata per accedere alle diverse classi di indirizzi) che
 481 direttamente come intero. In \file{netinet/in.h} vengono definite anche alcune
 482 costanti che identificano alcuni indirizzi speciali, riportati in
 483 tab.~\ref{tab:TCP_ipv4_addr}, che rincontreremo più avanti.
 484
 485 Infine occorre sottolineare che sia gli indirizzi che i numeri di porta devono
 486 essere specificati in quello che viene chiamato \textit{network order}, cioè
 487 con i bit ordinati in formato \textit{big endian}, questo comporta la
 488 necessità di usare apposite funzioni di conversione per mantenere la
 489 portabilità del codice (vedi sez.~\ref{sec:sock_addr_func} per i dettagli del
 490 problema e le relative soluzioni).
 491
 492
 493 \subsection{La struttura degli indirizzi IPv6}
 494 \label{sec:sock_sa_ipv6}
 495
 496 Essendo IPv6 un'estensione di IPv4, i socket di tipo \const{PF\_INET6} sono
 497 sostanzialmente identici ai precedenti; la parte in cui si trovano
 498 praticamente tutte le differenze fra i due socket è quella della struttura
 499 degli indirizzi; la sua definizione, presa da \file{netinet/in.h}, è riportata
 500 in fig.~\ref{fig:sock_sa_ipv6_struct}.
 501
 502 \begin{figure}[!htb]
 503   \footnotesize \centering
 504   \begin{minipage}[c]{15cm}
 505     \includestruct{listati/sockaddr_in6.h}
 506   \end{minipage}
 507   \caption{La struttura \structd{sockaddr\_in6} degli indirizzi dei socket
 508     IPv6 e la struttura \structd{in6\_addr} degli indirizzi IPv6.}
 509   \label{fig:sock_sa_ipv6_struct}
 510 \end{figure}
 511
 512 Il campo \var{sin6\_family} deve essere sempre impostato ad \const{AF\_INET6},
 513 il campo \var{sin6\_port} è analogo a quello di IPv4 e segue le stesse regole;
 514 il campo \var{sin6\_flowinfo} è a sua volta diviso in tre parti di cui i 24
 515 bit inferiori indicano l'etichetta di flusso, i successivi 4 bit la priorità e
 516 gli ultimi 4 sono riservati. Questi valori fanno riferimento ad alcuni campi
 517 specifici dell'header dei pacchetti IPv6 (vedi sez.~\ref{sec:IP_ipv6head}) ed
 518 il loro uso è sperimentale.
 519
 520 Il campo \var{sin6\_addr} contiene l'indirizzo a 128 bit usato da IPv6,
 521 espresso da un vettore di 16 byte. Infine il campo \var{sin6\_scope\_id} è un
 522 campo introdotto in Linux con il kernel 2.4, per gestire alcune operazioni
 523 riguardanti il \itindex{multicast} \textit{multicasting}.  Si noti infine che
 524 \struct{sockaddr\_in6} ha una dimensione maggiore della struttura
 525 \struct{sockaddr} generica di fig.~\ref{fig:sock_sa_gen_struct}, quindi
 526 occorre stare attenti a non avere fatto assunzioni riguardo alla possibilità
 527 di contenere i dati nelle dimensioni di quest'ultima.
 528
 529
 530 \subsection{La struttura degli indirizzi locali}
 531 \label{sec:sock_sa_local}
 532
 533 I socket di tipo \const{PF\_UNIX} o \const{PF\_LOCAL} vengono usati per una
 534 comunicazione fra processi che stanno sulla stessa macchina (per questo
 535 vengono chiamati \textit{local domain} o anche \textit{Unix domain}); essi
 536 hanno la caratteristica ulteriore di poter essere creati anche in maniera
 537 anonima attraverso la funzione \func{socketpair} (che abbiamo trattato in
 538 sez.~\ref{sec:ipc_socketpair}).  Quando però si vuole fare riferimento
 539 esplicito ad uno di questi socket si deve usare una struttura degli indirizzi
 540 di tipo \struct{sockaddr\_un}, la cui definizione si è riportata in
 541 fig.~\ref{fig:sock_sa_local_struct}.
 542
 543 \begin{figure}[!htb]
 544   \footnotesize \centering
 545   \begin{minipage}[c]{15cm}
 546     \includestruct{listati/sockaddr_un.h}
 547   \end{minipage}
 548   \caption{La struttura \structd{sockaddr\_un} degli indirizzi dei socket
 549     locali (detti anche \textit{unix domain}) definita in \file{sys/un.h}.}
 550   \label{fig:sock_sa_local_struct}
 551 \end{figure}
 552
 553 In questo caso il campo \var{sun\_family} deve essere \const{AF\_UNIX}, mentre
 554 il campo \var{sun\_path} deve specificare un indirizzo. Questo ha due forme;
 555 può essere un file (di tipo socket) nel filesystem o una stringa univoca
 556 (mantenuta in uno spazio di nomi astratto). Nel primo caso l'indirizzo viene
 557 specificato come una stringa (terminata da uno zero) corrispondente al
 558 \itindex{pathname} \textit{pathname} del file; nel secondo invece
 559 \var{sun\_path} inizia con uno zero e vengono usati come nome i restanti byte
 560 come stringa, senza terminazione.
 561
 562
 563 \subsection{La struttura degli indirizzi AppleTalk}
 564 \label{sec:sock_sa_appletalk}
 565
 566 I socket di tipo \const{PF\_APPLETALK} sono usati dalla libreria
 567 \file{netatalk} per implementare la comunicazione secondo il protocollo
 568 AppleTalk, uno dei primi protocolli di rete usato nel mondo dei personal
 569 computer, usato dalla Apple per connettere fra loro computer e stampanti. Il
 570 kernel supporta solo due strati del protocollo, DDP e AARP, e di norma è
 571 opportuno usare le funzioni della libreria \texttt{netatalk}, tratteremo qui
 572 questo argomento principalmente per mostrare l'uso di un protocollo
 573 alternativo.
 574
 575 I socket AppleTalk permettono di usare il protocollo DDP, che è un protocollo
 576 a pacchetto, di tipo \const{SOCK\_DGRAM}; l'argomento \param{protocol} di
 577 \func{socket} deve essere nullo. È altresì possibile usare i socket raw
 578 specificando un tipo \const{SOCK\_RAW}, nel qual caso l'unico valore valido
 579 per \param{protocol} è \const{ATPROTO\_DDP}.
 580
 581 Gli indirizzi AppleTalk devono essere specificati tramite una struttura
 582 \struct{sockaddr\_atalk}, la cui definizione è riportata in
 583 fig.~\ref{fig:sock_sa_atalk_struct}; la struttura viene dichiarata includendo
 584 il file \file{netatalk/at.h}.
 585
 586 \begin{figure}[!htb]
 587   \footnotesize \centering
 588   \begin{minipage}[c]{15cm}
 589     \includestruct{listati/sockaddr_atalk.h}
 590   \end{minipage}
 591   \caption{La struttura \structd{sockaddr\_atalk} degli indirizzi dei socket
 592     AppleTalk, e la struttura \structd{at\_addr} degli indirizzi AppleTalk.}
 593   \label{fig:sock_sa_atalk_struct}
 594 \end{figure}
 595
 596 Il campo \var{sat\_family} deve essere sempre \const{AF\_APPLETALK}, mentre il
 597 campo \var{sat\_port} specifica la porta che identifica i vari servizi. Valori
 598 inferiori a 129 sono usati per le \textsl{porte riservate}, e possono essere
 599 usati solo da processi con i privilegi di amministratore o con la
 600 \itindex{capabilities} \textit{capability} \const{CAP\_NET\_BIND\_SERVICE}.
 601 L'indirizzo remoto è specificato nella struttura \var{sat\_addr}, e deve
 602 essere in \textit{network order} (vedi sez.~\ref{sec:sock_endianess}); esso è
 603 composto da un parte di rete data dal campo \var{s\_net}, che può assumere il
 604 valore \const{AT\_ANYNET}, che indica una rete generica e vale anche per
 605 indicare la rete su cui si è, il singolo nodo è indicato da \var{s\_node}, e
 606 può prendere il valore generico \const{AT\_ANYNODE} che indica anche il nodo
 607 corrente, ed il valore \const{ATADDR\_BCAST} che indica tutti i nodi della
 608 rete.
 609
 610
 611 \subsection{La struttura degli indirizzi dei \textit{packet socket}}
 612 \label{sec:sock_sa_packet}
 613
 614 I \textit{packet socket}, identificati dal dominio \const{PF\_PACKET}, sono
 615 un'interfaccia specifica di Linux per inviare e ricevere pacchetti
 616 direttamente su un'interfaccia di rete, senza passare per le funzioni di
 617 gestione dei protocolli di livello superiore. In questo modo è possibile
 618 implementare dei protocolli in user space, agendo direttamente sul livello
 619 fisico. In genere comunque si preferisce usare la libreria
 620 \file{pcap},\footnote{la libreria è mantenuta insieme al comando
 621   \cmd{tcpdump}, informazioni e documentazione si possono trovare sul sito del
 622   progetto \href{http://www.tcpdump.org/}{\textsf{http://www.tcpdump.org/}}.}
 623 che assicura la portabilità su altre piattaforme, anche se con funzionalità
 624 ridotte.
 625
 626 Questi socket possono essere di tipo \const{SOCK\_RAW} o \const{SOCK\_DGRAM}.
 627 Con socket di tipo \const{SOCK\_RAW} si può operare sul livello di
 628 collegamento, ed i pacchetti vengono passati direttamente dal socket al driver
 629 del dispositivo e viceversa.  In questo modo, in fase di trasmissione, il
 630 contenuto completo dei pacchetti, comprese le varie intestazioni, deve essere
 631 fornito dall'utente. In fase di ricezione invece tutto il contenuto del
 632 pacchetto viene passato inalterato sul socket, anche se il kernel analizza
 633 comunque il pacchetto, riempiendo gli opportuni campi della struttura
 634 \struct{sockaddr\_ll} ad esso associata.
 635
 636 Si usano invece socket di tipo \const{SOCK\_DGRAM} quando si vuole operare a
 637 livello di rete. In questo caso in fase di ricezione l'intestazione del
 638 protocollo di collegamento viene rimossa prima di passare il resto del
 639 pacchetto all'utente, mentre in fase di trasmissione viene creata una
 640 opportuna intestazione per il protocollo a livello di collegamento
 641 utilizzato, usando le informazioni necessarie che devono essere specificate
 642 sempre con una struttura \struct{sockaddr\_ll}.
 643
 644 Nella creazione di un \textit{packet socket} il valore dell'argomento
 645 \param{protocol} di \func{socket} serve a specificare, in \textit{network
 646   order}, il numero identificativo del protocollo di collegamento si vuole
 647 utilizzare. I valori possibili sono definiti secondo lo standard IEEE 802.3, e
 648 quelli disponibili in Linux sono accessibili attraverso opportune costanti
 649 simboliche definite nel file \file{linux/if\_ether.h}. Se si usa il valore
 650 speciale \const{ETH\_P\_ALL} passeranno sul \textit{packet socket} tutti i
 651 pacchetti, qualunque sia il loro protocollo di collegamento. Ovviamente l'uso
 652 di questi socket è una operazione privilegiata e può essere effettuati solo da
 653 un processo con i privilegi di amministratore (user-ID effettivo nullo) o con
 654 la \itindex{capabilities} \textit{capability} \const{CAP\_NET\_RAW}.
 655
 656 Una volta aperto un \textit{packet socket}, tutti i pacchetti del protocollo
 657 specificato passeranno attraverso di esso, qualunque sia l'interfaccia da cui
 658 provengono; se si vuole limitare il passaggio ad una interfaccia specifica
 659 occorre usare la funzione \func{bind} per agganciare il socket a quest'ultima.
 660
 661 \begin{figure}[!htb]
 662   \footnotesize \centering
 663   \begin{minipage}[c]{15cm}
 664     \includestruct{listati/sockaddr_ll.h}
 665   \end{minipage}
 666   \caption{La struttura \structd{sockaddr\_ll} degli indirizzi dei
 667     \textit{packet socket}.}
 668   \label{fig:sock_sa_packet_struct}
 669 \end{figure}
 670
 671 Nel caso dei \textit{packet socket} la struttura degli indirizzi è di tipo
 672 \struct{sockaddr\_ll}, e la sua definizione è riportata in
 673 fig.~\ref{fig:sock_sa_packet_struct}; essa però viene ad assumere un ruolo
 674 leggermente diverso rispetto a quanto visto finora per gli altri tipi di
 675 socket.  Infatti se il socket è di tipo \const{SOCK\_RAW} si deve comunque
 676 scrivere tutto direttamente nel pacchetto, quindi la struttura non serve più a
 677 specificare gli indirizzi. Essa mantiene questo ruolo solo per i socket di
 678 tipo \const{SOCK\_DGRAM}, per i quali permette di specificare i dati necessari
 679 al protocollo di collegamento, mentre viene sempre utilizzata in lettura (per
 680 entrambi i tipi di socket), per la ricezione dei i dati relativi a ciascun
 681 pacchetto.
 682
 683 Al solito il campo \var{sll\_family} deve essere sempre impostato al valore
 684 \const{AF\_PACKET}. Il campo \var{sll\_protocol} indica il protocollo scelto,
 685 e deve essere indicato in \textit{network order}, facendo uso delle costanti
 686 simboliche definite in \file{linux/if\_ether.h}. Il campo \var{sll\_ifindex} è
 687 l'indice dell'interfaccia, che, in caso di presenza di più interfacce dello
 688 stesso tipo (se ad esempio si hanno più schede ethernet), permette di
 689 selezionare quella con cui si vuole operare (un valore nullo indica qualunque
 690 interfaccia).  Questi sono i due soli campi che devono essere specificati
 691 quando si vuole selezionare una interfaccia specifica, usando questa struttura
 692 con la funzione \func{bind}.
 693
 694 I campi \var{sll\_halen} e \var{sll\_addr} indicano rispettivamente
 695 l'indirizzo associato all'interfaccia sul protocollo di collegamento e la
 696 relativa lunghezza; ovviamente questi valori cambiano a seconda del tipo di
 697 collegamento che si usa, ad esempio, nel caso di ethernet, questi saranno il
 698 MAC address della scheda e la relativa lunghezza. Essi vengono usati, insieme
 699 ai campi \var{sll\_family} e \var{sll\_ifindex} quando si inviano dei
 700 pacchetti, in questo caso tutti gli altri campi devono essere nulli.
 701
 702 Il campo \var{sll\_hatype} indica il tipo ARP, come definito in
 703 \file{linux/if\_arp.h}, mentre il campo \var{sll\_pkttype} indica il tipo di
 704 pacchetto; entrambi vengono impostati alla ricezione di un pacchetto ed han
 705 senso solo in questo caso. In particolare \var{sll\_pkttype} può assumere i
 706 seguenti valori: \const{PACKET\_HOST} per un pacchetto indirizzato alla
 707 macchina ricevente, \const{PACKET\_BROADCAST} per un pacchetto di
 708 \itindex{broadcast} \textit{broadcast}, \const{PACKET\_MULTICAST} per un
 709 pacchetto inviato ad un indirizzo fisico di \itindex{multicast}
 710 \textit{multicast}, \const{PACKET\_OTHERHOST} per un pacchetto inviato ad
 711 un'altra stazione (e ricevuto su un'interfaccia in \index{modo~promiscuo} modo
 712 promiscuo), \const{PACKET\_OUTGOING} per un pacchetto originato dalla propria
 713 macchina che torna indietro sul socket.
 714
 715
 716 Si tenga presente infine che in fase di ricezione, anche se si richiede il
 717 troncamento del pacchetto, le funzioni \func{recv}, \func{recvfrom} e
 718 \func{recvmsg} (vedi sez.~\ref{sec:net_sendmsg}) restituiranno comunque la
 719 lunghezza effettiva del pacchetto così come arrivato sulla linea.
 720
 721 %% \subsection{La struttura degli indirizzi DECnet}
 722 %% \label{sec:sock_sa_decnet}
 723
 724 %% I socket di tipo \const{PF\_DECnet} usano il protocollo DECnet, usato dai VAX
 725 %% Digital sotto VMS quando ancora il TCP/IP non era diventato lo standard di
 726 %% fatto. Il protocollo è un protocollo chiuso, ed il suo uso attuale è limitato
 727 %% alla comunicazione con macchine che stanno comunque scomparendo. Lo si riporta
 728 %% solo come esempio
 729
 730
 731
 732 % \subsection{Il passaggio delle strutture}
 733 % \label{sec:sock_addr_pass}
 734
 735 % Come detto nelle funzioni della API dei socket le strutture degli indirizzi
 736 % vengono sempre passate per riferimento usando un puntatore; anche la lunghezza
 737 % della struttura è passata come argomento, ma in questo caso la modalità del
 738 % passaggio dipende dalla direzione del medesimo, dal processo al kernel o
 739 % viceversa.
 740
 741 % In particolare le tre funzioni \func{bind}, \func{connect} e
 742 % \func{sendto} passano la struttura al kernel, in questo caso è passata
 743 % \textsl{per valore} anche la dimensione della medesima
 744
 745
 746 % Le funzioni \func{accept}, \func{recvfrom}, \func{getsockname} e
 747 % \func{getpeername} invece ricevono i valori del kernel
 748
 749
 750
 751 \section{Le funzioni di conversione degli indirizzi}
 752 \label{sec:sock_addr_func}
 753
 754 In questa sezione tratteremo delle varie funzioni usate per manipolare gli
 755 indirizzi, limitandoci però agli indirizzi internet.  Come accennato gli
 756 indirizzi e i numeri di porta usati nella rete devono essere forniti in
 757 formato opportuno (il \textit{network order}). Per capire cosa significa tutto
 758 ciò occorre introdurre un concetto generale che tornerà utile anche in
 759 seguito.
 760
 761
 762 \subsection{La \textit{endianess}}
 763 \label{sec:sock_endianess}
 764
 765 \itindbeg{endianess}
 766 La rappresentazione di un numero binario in un computer può essere fatta in
 767 due modi, chiamati rispettivamente \textit{big endian} e \textit{little
 768   endian} a seconda di come i singoli bit vengono aggregati per formare le
 769 variabili intere (ed in genere in diretta corrispondenza a come sono poi in
 770 realtà cablati sui bus interni del computer).
 771
 772 \begin{figure}[htb]
 773   \centering
 774   \includegraphics[height=3cm]{img/endianess}
 775   \caption{Schema della disposizione dei dati in memoria a seconda della
 776     \textit{endianess}.}
 777   \label{fig:sock_endianess}
 778 \end{figure}
 779
 780 Per capire meglio il problema si consideri un intero a 32 bit scritto in una
 781 locazione di memoria posta ad un certo indirizzo. Come illustrato in
 782 fig.~\ref{fig:sock_endianess} i singoli bit possono essere disposti in memoria
 783 in due modi: a partire dal più significativo o a partire dal meno
 784 significativo.  Così nel primo caso si troverà il byte che contiene i bit più
 785 significativi all'indirizzo menzionato e il byte con i bit meno significativi
 786 nell'indirizzo successivo; questo ordinamento è detto \textit{big endian},
 787 dato che si trova per prima la parte più grande. Il caso opposto, in cui si
 788 parte dal bit meno significativo è detto per lo stesso motivo \textit{little
 789   endian}.
 790
 791 Si può allora verificare quale tipo di \textit{endianess} usa il proprio
 792 computer con un programma elementare che si limita ad assegnare un valore ad
 793 una variabile per poi ristamparne il contenuto leggendolo un byte alla volta.
 794 Il codice di detto programma, \file{endtest.c}, è nei sorgenti allegati,
 795 allora se lo eseguiamo su un PC otterremo:
 796 \begin{verbatim}
 797 [piccardi@gont sources]$ ./endtest
 798 Using value ABCDEF01
 799 val[0]= 1
 800 val[1]=EF
 801 val[2]=CD
 802 val[3]=AB
 803 \end{verbatim}%$
 804 mentre su di un Mac avremo:
 805 \begin{verbatim}
 806 piccardi@anarres:~/gapil/sources$ ./endtest
 807 Using value ABCDEF01
 808 val[0]=AB
 809 val[1]=CD
 810 val[2]=EF
 811 val[3]= 1
 812 \end{verbatim}%$
 813
 814
 815 La \textit{endianess} di un computer dipende essenzialmente dalla architettura
 816 hardware usata; Intel e Digital usano il \textit{little endian}, Motorola,
 817 IBM, Sun (sostanzialmente tutti gli altri) usano il \textit{big endian}. Il
 818 formato dei dati contenuti nelle intestazioni dei protocolli di rete è
 819 anch'esso \textit{big endian}; altri esempi di uso di questi due diversi
 820 formati sono quello del bus PCI, che è \textit{little endian}, o quello del
 821 bus VME che è \textit{big endian}.
 822
 823 Esistono poi anche dei processori che possono scegliere il tipo di formato
 824 all'avvio e alcuni che, come il PowerPC o l'Intel i860, possono pure passare
 825 da un tipo di ordinamento all'altro con una specifica istruzione. In ogni caso
 826 in Linux l'ordinamento è definito dall'architettura e dopo l'avvio del sistema
 827 resta sempre lo stesso, anche quando il processore permetterebbe di eseguire
 828 questi cambiamenti.
 829
 830 \begin{figure}[htb]
 831   \footnotesize \centering
 832   \begin{minipage}[c]{15cm}
 833     \includecodesample{listati/endian.c}
 834   \end{minipage}
 835   \normalsize
 836   \caption{La funzione \func{endian}, usata per controllare il tipo di
 837     architettura della macchina.}
 838   \label{fig:sock_endian_code}
 839 \end{figure}
 840
 841 Per controllare quale tipo di ordinamento si ha sul proprio computer si è
 842 scritta una piccola funzione di controllo, il cui codice è riportato
 843 fig.~\ref{fig:sock_endian_code}, che restituisce un valore nullo (falso) se
 844 l'architettura è \textit{big endian} ed uno non nullo (vero) se l'architettura
 845 è \textit{little endian}.
 846
 847 Come si vede la funzione è molto semplice, e si limita, una volta assegnato
 848 (\texttt{\small 9}) un valore di test pari a \texttt{0xABCD} ad una variabile
 849 di tipo \ctyp{short} (cioè a 16 bit), a ricostruirne una copia byte a byte.
 850 Per questo prima (\texttt{\small 10}) si definisce il puntatore \var{ptr} per
 851 accedere al contenuto della prima variabile, ed infine calcola (\texttt{\small
 852   11}) il valore della seconda assumendo che il primo byte sia quello meno
 853 significativo (cioè, per quanto visto in fig.~\ref{fig:sock_endianess}, che sia
 854 \textit{little endian}). Infine la funzione restituisce (\texttt{\small 12})
 855 il valore del confronto delle due variabili.
 856 \itindend{endianess}
 857
 858
 859
 860 \subsection{Le funzioni per il riordinamento}
 861 \label{sec:sock_func_ord}
 862
 863 Il problema connesso \itindex{endianess} all'endianess è che quando si passano
 864 dei dati da un tipo di architettura all'altra i dati vengono interpretati in
 865 maniera diversa, e ad esempio nel caso dell'intero a 16 bit ci si ritroverà
 866 con i due byte in cui è suddiviso scambiati di posto.  Per questo motivo si
 867 usano delle funzioni di conversione che servono a tener conto automaticamente
 868 della possibile differenza fra l'ordinamento usato sul computer e quello che
 869 viene usato nelle trasmissione sulla rete; queste funzioni sono \funcd{htonl},
 870 \funcd{htons}, \funcd{ntohl} e \funcd{ntohs} ed i rispettivi prototipi sono:
 871 \begin{functions}
 872   \headdecl{netinet/in.h}
 873   \funcdecl{unsigned long int htonl(unsigned long int hostlong)}
 874   Converte l'intero a 32 bit \param{hostlong} dal formato della macchina a
 875   quello della rete.
 876
 877   \funcdecl{unsigned short int htons(unsigned short int hostshort)}
 878   Converte l'intero a 16 bit \param{hostshort} dal formato della macchina a
 879   quello della rete.
 880
 881   \funcdecl{unsigned long int ntohl(unsigned long int netlong)}
 882   Converte l'intero a 32 bit \param{netlong} dal formato della rete a quello
 883   della macchina.
 884
 885   \funcdecl{unsigned sort int ntohs(unsigned short int netshort)}
 886   Converte l'intero a 16 bit \param{netshort} dal formato della rete a quello
 887   della macchina.
 888
 889   \bodydesc{Tutte le funzioni restituiscono il valore convertito, e non
 890     prevedono errori.}
 891 \end{functions}
 892
 893 I nomi sono assegnati usando la lettera \texttt{n} come mnemonico per indicare
 894 l'ordinamento usato sulla rete (da \textit{network order}) e la lettera
 895 \texttt{h} come mnemonico per l'ordinamento usato sulla macchina locale (da
 896 \textit{host order}), mentre le lettere \texttt{s} e \texttt{l} stanno ad
 897 indicare i tipi di dato (\ctyp{long} o \ctyp{short}, riportati anche dai
 898 prototipi).
 899
 900 Usando queste funzioni si ha la conversione automatica: nel caso in cui la
 901 macchina che si sta usando abbia una architettura \textit{big endian} queste
 902 funzioni sono definite come macro che non fanno nulla. Per questo motivo vanno
 903 sempre utilizzate, anche quando potrebbero non essere necessarie, in modo da
 904 assicurare la portabilità del codice su tutte le architetture.
 905
 906
 907 \subsection{Le funzioni \func{inet\_aton}, \func{inet\_addr} e
 908   \func{inet\_ntoa}}
 909 \label{sec:sock_func_ipv4}
 910
 911 Un secondo insieme di funzioni di manipolazione serve per passare dal formato
 912 binario usato nelle strutture degli indirizzi alla rappresentazione simbolica
 913 dei numeri IP che si usa normalmente.
 914
 915 Le prime tre funzioni di manipolazione riguardano la conversione degli
 916 indirizzi IPv4 da una stringa in cui il numero di IP è espresso secondo la
 917 cosiddetta notazione \textit{dotted-decimal}, (cioè nella forma
 918 \texttt{192.168.0.1}) al formato binario (direttamente in \textit{network
 919   order}) e viceversa; in questo caso si usa la lettera \texttt{a} come
 920 mnemonico per indicare la stringa. Dette funzioni sono \funcd{inet\_addr},
 921 \funcd{inet\_aton} e \funcd{inet\_ntoa}, ed i rispettivi prototipi sono:
 922 \begin{functions}
 923   \headdecl{arpa/inet.h}
 924
 925   \funcdecl{in\_addr\_t inet\_addr(const char *strptr)} Converte la stringa
 926   dell'indirizzo \textit{dotted decimal} in nel numero IP in network order.
 927
 928   \funcdecl{int inet\_aton(const char *src, struct in\_addr *dest)} Converte
 929   la stringa dell'indirizzo \textit{dotted decimal} in un indirizzo IP.
 930
 931   \funcdecl{char *inet\_ntoa(struct in\_addr addrptr)}
 932   Converte un indirizzo IP in una stringa \textit{dotted decimal}.
 933
 934   \bodydesc{Tutte queste le funzioni non generano codice di errore.}
 935 \end{functions}
 936
 937 La prima funzione, \func{inet\_addr}, restituisce l'indirizzo a 32 bit in
 938 network order (del tipo \type{in\_addr\_t}) a partire dalla stringa passata
 939 nell'argomento \param{strptr}. In caso di errore (quando la stringa non esprime
 940 un indirizzo valido) restituisce invece il valore \const{INADDR\_NONE} che
 941 tipicamente sono trentadue bit a uno.  Questo però comporta che la stringa
 942 \texttt{255.255.255.255}, che pure è un indirizzo valido, non può essere usata
 943 con questa funzione; per questo motivo essa è generalmente deprecata in favore
 944 di \func{inet\_aton}.
 945
 946 La funzione \func{inet\_aton} converte la stringa puntata da \param{src}
 947 nell'indirizzo binario che viene memorizzato nell'opportuna struttura
 948 \struct{in\_addr} (si veda fig.~\ref{fig:sock_sa_ipv4_struct}) situata
 949 all'indirizzo dato dall'argomento \param{dest} (è espressa in questa forma in
 950 modo da poterla usare direttamente con il puntatore usato per passare la
 951 struttura degli indirizzi). La funzione restituisce 0 in caso di successo e 1
 952 in caso di fallimento.  Se usata con \param{dest} inizializzato a \val{NULL}
 953 effettua la validazione dell'indirizzo.
 954
 955 L'ultima funzione, \func{inet\_ntoa}, converte il valore a 32 bit
 956 dell'indirizzo (espresso in \textit{network order}) restituendo il puntatore
 957 alla stringa che contiene l'espressione in formato dotted decimal. Si deve
 958 tenere presente che la stringa risiede in memoria statica, per cui questa
 959 funzione non è \index{funzioni!rientranti} rientrante.
 960
 961
 962 \subsection{Le funzioni \func{inet\_pton} e \func{inet\_ntop}}
 963 \label{sec:sock_conv_func_gen}
 964
 965 Le tre funzioni precedenti sono limitate solo ad indirizzi IPv4, per questo
 966 motivo è preferibile usare le due nuove funzioni \func{inet\_pton} e
 967 \func{inet\_ntop} che possono convertire anche gli indirizzi IPv6. Anche in
 968 questo caso le lettere \texttt{n} e \texttt{p} sono degli mnemonici per
 969 ricordare il tipo di conversione effettuata e stanno per \textit{presentation}
 970 e \textit{numeric}.
 971
 972 Entrambe le funzioni accettano l'argomento \param{af} che indica il tipo di
 973 indirizzo, e che può essere soltanto \const{AF\_INET} o \const{AF\_INET6}. La
 974 prima funzione, \funcd{inet\_pton}, serve a convertire una stringa in un
 975 indirizzo; il suo prototipo è:
 976 \begin{prototype}{sys/socket.h}
 977 {int inet\_pton(int af, const char *src, void *addr\_ptr)}
 978
 979   Converte l'indirizzo espresso tramite una stringa nel valore numerico.
 980
 981   \bodydesc{La funzione restituisce un valore negativo se \param{af} specifica
 982     una famiglia di indirizzi non valida, con \var{errno} che assume il valore
 983     \errcode{EAFNOSUPPORT}, un valore nullo se \param{src} non rappresenta un
 984     indirizzo valido, ed un valore positivo in caso di successo.}
 985 \end{prototype}
 986
 987 La funzione converte la stringa indicata tramite \param{src} nel valore
 988 numerico dell'indirizzo IP del tipo specificato da \param{af} che viene
 989 memorizzato all'indirizzo puntato da \param{addr\_ptr}, la funzione
 990 restituisce un valore positivo in caso di successo, nullo se la stringa non
 991 rappresenta un indirizzo valido, e negativo se \param{af} specifica una
 992 famiglia di indirizzi non valida.
 993
 994 La seconda funzione di conversione è \funcd{inet\_ntop} che converte un
 995 indirizzo in una stringa; il suo prototipo è:
 996 \begin{prototype}{sys/socket.h}
 997   {char *inet\_ntop(int af, const void *addr\_ptr, char *dest, size\_t len)}
 998   Converte l'indirizzo dalla relativa struttura in una stringa simbolica.
 999
1000   \bodydesc{La funzione restituisce un puntatore non nullo alla stringa
1001     convertita in caso di successo e \val{NULL} in caso di fallimento, nel
1002     qual caso \var{errno} assume i valori:
1003     \begin{errlist}
1004     \item[\errcode{ENOSPC}] le dimensioni della stringa con la conversione
1005       dell'indirizzo eccedono la lunghezza specificata da \param{len}.
1006     \item[\errcode{ENOAFSUPPORT}] la famiglia di indirizzi \param{af} non è
1007       una valida.
1008   \end{errlist}}
1009 \end{prototype}
1010
1011 La funzione converte la struttura dell'indirizzo puntata da \param{addr\_ptr}
1012 in una stringa che viene copiata nel buffer puntato dall'indirizzo
1013 \param{dest}; questo deve essere preallocato dall'utente e la lunghezza deve
1014 essere almeno \const{INET\_ADDRSTRLEN} in caso di indirizzi IPv4 e
1015 \const{INET6\_ADDRSTRLEN} per indirizzi IPv6; la lunghezza del buffer deve
1016 comunque venire specificata attraverso il parametro \param{len}.
1017
1018 Gli indirizzi vengono convertiti da/alle rispettive strutture di indirizzo
1019 (una struttura \struct{in\_addr} per IPv4, e una struttura \struct{in6\_addr}
1020 per IPv6), che devono essere precedentemente allocate e passate attraverso il
1021 puntatore \param{addr\_ptr}; l'argomento \param{dest} di \func{inet\_ntop} non
1022 può essere nullo e deve essere allocato precedentemente.
1023
1024 Il formato usato per gli indirizzi in formato di presentazione è la notazione
1025 \textit{dotted decimal} per IPv4 e quello descritto in
1026 sez.~\ref{sec:IP_ipv6_notation} per IPv6.
1027
1028 \index{socket!definizione|)}
1029
1030
1031 % LocalWords:  socket sez cap BSD SVr XTI Transport Interface TCP stream UDP PF
1032 % LocalWords:  datagram broadcast descriptor sys int domain type protocol errno
1033 % LocalWords:  EPROTONOSUPPORT ENFILE kernel EMFILE EACCES EINVAL ENOBUFS raw
1034 % LocalWords:  ENOMEM table family AF address name glibc UNSPEC LOCAL Local IPv
1035 % LocalWords:  communication INET protocols ip AX Amateur IPX Novell APPLETALK
1036 % LocalWords:  Appletalk ddp NETROM NetROM Multiprotocol ATMPVC Access to ATM
1037 % LocalWords:  PVCs ITU ipv PLP DECnet Reserved for project NETBEUI LLC KEY key
1038 % LocalWords:  SECURITY Security callback NETLINK interface device netlink Low
1039 % LocalWords:  PACKET level packet ASH Ash ECONET Acorn Econet ATMSVC SVCs SNA
1040 % LocalWords:  IRDA PPPOX PPPoX WANPIPE Wanpipe BLUETOOTH Bluetooth POSIX bits
1041 % LocalWords:  dall'header tab SOCK capabilities capability styles DGRAM read
1042 % LocalWords:  SEQPACKET RDM sockaddr reference void fig Header uint socklen at
1043 % LocalWords:  addr netinet port len Stevens unsigned short casting nell'header
1044 % LocalWords:  BIND SERVICE bind union order big endian flowinfo dell'header ll
1045 % LocalWords:  multicast multicasting local socketpair sun path filesystem AARP
1046 % LocalWords:  pathname AppleTalk netatalk personal Apple ATPROTO atalk sat if
1047 % LocalWords:  ANYNET node ANYNODE ATADDR BCAST pcap IEEE linux ether ETH ALL
1048 % LocalWords:  sll ifindex ethernet halen MAC hatype ARP arp pkttype HOST recv
1049 % LocalWords:  OTHERHOST OUTGOING recvfrom recvmsg endianess little endtest Mac
1050 % LocalWords:  Intel Digital Motorola IBM VME PowerPC l'Intel xABCD ptr htonl
1051 % LocalWords:  all'endianess htons ntohl ntohs long hostlong hostshort netlong
1052 % LocalWords:  sort netshort host inet aton ntoa dotted decimal const char src
1053 % LocalWords:  strptr struct dest addrptr INADDR NULL pton ntop presentation af
1054 % LocalWords:  numeric EAFNOSUPPORT size ENOSPC ENOAFSUPPORT ADDRSTRLEN ROUTE
1055 % LocalWords:  of tcpdump page
1056
1057
1058 %%% Local Variables:
1059 %%% mode: latex
1060 %%% TeX-master: "gapil"
1061 %%% End: