socket.tex

   1 \chapter{Introduzione ai socket}
   2 \label{cha:socket_intro}
   3
   4 In questo capitolo inizieremo a spiegare le caratteristiche principali della
   5 principale interfaccia per la programmazione di rete, quella dei
   6 \textit{socket}, che pur essendo nata in unix è usata ormai da tutti i sistemi
   7 operativi.
   8
   9 Dopo una breve panoramica sulle caratteristiche di questa interfaccia vedremo
  10 come creare un socket e come collegarlo allo specifico protocollo di rete che
  11 utilizzerà per la comunicazione. Per evitare un'introduzione puramente teorica
  12 concluderemo il capitolo con un primo esempio di applicazione.
  13
  14 \section{Una panoramica}
  15 \label{sec:sock_overview}
  16
  17 Iniziamo con una descrizione essenziale di cosa sono i \textit{socket} e di
  18 quali sono i concetti fondamentali da tenere presente quando si ha a che fare
  19 con essi.
  20
  21 \subsection{I \textit{socket}}
  22 \label{sec:sock_socket_def}
  23
  24 Il \textit{socket}\footnote{una traduzione letterale potrebbe essere
  25   \textsl{presa}, ma essendo universalmente noti come socket utilizzeremo
  26   sempre la parola inglese.} è uno dei principali meccanismi di comunicazione
  27 fra programmi utilizzato in ambito Unix. Il socket costituisce in sostanza un
  28 canale di comunicazione fra due processi su cui si possono leggere e scrivere
  29 dati analogo a quello di una pipe (vedi \secref{sec:ipc_pipes}) ma a
  30 differenza di questa e degli altri meccanismi esaminati nel capitolo
  31 \capref{cha:IPC} i socket non sono limitati alla comunicazione fra processi
  32 che girano sulla stessa macchina ma possono effettuare la comunicazione anche
  33 attraverso la rete.
  34
  35 Quella dei socket costituisce infatti la principale API (\textit{Application
  36   Program Interface}) usata nella programmazione di rete.  La loro origine
  37 risale al 1983, quando furono introdotti nel BSD 4.2; l'interfaccia è rimasta
  38 sostanzialmente la stessa con piccole modifiche negli anni successivi. Benché
  39 siano state sviluppate interfacce alternative, originate dai sistemi SVr4,
  40 come la XTI (\textit{X/Open Transport Interface}) nessuna ha mai raggiunto la
  41 diffusione e la popolarità di quella dei socket (né tantomeno la stessa
  42 usabilità e flessibilità).
  43
  44 La flessibilità e la genericità dell'interfaccia inoltre ha consentito di
  45 utilizzare i socket con i più disparati meccanismi di comunicazione, e non
  46 solo con la suite dei protocolli TCP/IP, che sarà comunque quella di cui
  47 tratteremo in maniera più estesa.
  48
  49
  50 \subsection{Concetti base}
  51 \label{sec:sock_gen}
  52
  53 Per capire il funzionamento dei socket occorre avere presente il funzionamento
  54 dei protocolli di rete (vedi \capref{cha:network}), ma l'interfaccia è del
  55 tutto generale e benché le problematiche (e quindi le modalità di risolvere i
  56 problemi) siano diverse a seconda del tipo di protocollo di comunicazione
  57 usato, le funzioni da usare restano le stesse.
  58
  59 Per questo motivo una semplice descrizione dell'interfaccia è assolutamente
  60 inutile, in quanto il comportamento di quest'ultima e le problematiche da
  61 affrontare cambiano radicalmente a seconda dello \textsl{stile} di
  62 comunicazione usato.  La scelta di questo stile va infatti ad incidere sulla
  63 semantica che verrà utilizzata a livello utente per gestire la comunicazione
  64 (su come inviare e ricevere i dati) e sul comportamento effettivo delle
  65 funzioni utilizzate.
  66
  67 La scelta di uno stile dipende sia dai meccanismi disponibili, sia dal tipo di
  68 comunicazione che si vuole effettuare. Ad esempio alcuni stili di
  69 comunicazione considerano i dati come una sequenza continua di byte, altri
  70 invece li raggruppano in blocchi (i pacchetti).
  71
  72 Un'altro esempio di stile concerne la possibilità che la comunicazione possa o
  73 meno perdere dati, possa o meno non rispettare l'ordine in cui essi non sono
  74 inviati, o inviare dei pacchetti più volte (come nel caso di TCP e UDP).
  75
  76 Un terzo esempio di stile di comunicazione concerne le modalità in cui essa
  77 avviene, in certi casi essa può essere condotta con una connessione diretta
  78 con un solo partner come per una telefonata; altri casi possono prevedere una
  79 comunicazione come per lettera, in cui si scrive l'indirizzo su ogni
  80 pacchetto, altri ancora una comunicazione \textit{broadcast} come per la
  81 radio, in cui i pacchetti vengono emessi su appositi ``canali'' dove chiunque
  82 si collega possa riceverli.
  83
  84 É chiaro che ciascuno di questi stili comporta una modalità diversa di gestire
  85 la comunicazione, ad esempio se è inaffidabile occorrerà essere in grado di
  86 gestire la perdita o il rimescolamento dei dati.
  87
  88
  89 \section{La creazione di un \textit{socket}}
  90 \label{sec:sock_creation}
  91
  92 Come accennato l'interfaccia dei socket è estremamente flessibile e permette
  93 di interagire con protocolli di comunicazione anche molto diversi fra di loro;
  94 in questa sezione vedremo come è possibile creare un socket e come specificare
  95 il tipo di comunicazione che esso deve utilizzare.
  96
  97 \subsection{La funzione \func{socket}}
  98 \label{sec:sock_socket}
  99
 100 La creazione di un socket avviene attraverso l'uso della funzione
 101 \func{socket} questa restituisce un \textit{socket descriptor} (un valore
 102 intero non negativo) che come gli analoghi file descriptor di file e alle
 103 pipe serve come riferimento al socket; in sostanza è l'indice nella tabella
 104 dei file che contiene i puntatori alle opportune strutture usate dal kernel ed
 105 allocate per ogni processo, (la stessa usata per i files e le pipes [NdA
 106 verificare!]).
 107
 108 La funzione prende tre parametri, il dominio del socket (che definisce la
 109 famiglia di protocolli, vedi \secref{sec:sock_domain}), il tipo di socket (che
 110 definisce lo stile di comunicazione vedi \secref{sec:sock_type}) e il
 111 protocollo; in genere quest'ultimo è indicato implicitamente dal tipo di
 112 socket, per cui viene messo a zero (con l'eccezione dei \textit{raw socket}).
 113
 114 \begin{prototype}{sys/socket.h}{int socket(int domain, int type, int protocol)}
 115
 116   Apre un socket.
 117
 118   \bodydesc{La funzione restituisce un intero positivo se riesce, e -1 se
 119     fallisce, in quest'ultimo caso la variabile \var{errno} è impostata con i
 120     seguenti codici di errore:
 121
 122   \begin{errlist}
 123   \item[\macro{EPROTONOSUPPORT}] Il tipo di socket o il protocollo scelto non
 124     sono supportati nel dominio.
 125   \item[\macro{ENFILE}] Il kernel non ha memoria sufficiente a creare una
 126     nuova struttura per il socket.
 127   \item[\macro{EMFILE}] Si è ecceduta la tabella dei file.
 128   \item[\macro{EACCES}] Non si hanno privilegi per creare un socket nel
 129     dominio o con il protocollo specificato.
 130   \item[\macro{EINVAL}] Protocollo sconosciuto o dominio non disponibile.
 131   \item[\macro{ENOBUFS}] Non c'è sufficiente memoria per creare il socket (può
 132     essere anche \macro{ENOMEM}).
 133   \end{errlist}}
 134 \end{prototype}
 135
 136 Si noti che la creazione del socket non comporta nulla riguardo
 137 all'indicazione degli indirizzi remoti o locali attraverso i quali si vuole
 138 effettuare la comunicazione.
 139
 140 \subsection{Il dominio, o \textit{protocol family}}
 141 \label{sec:sock_domain}
 142
 143 Dati i tanti e diversi protocolli di comunicazione disponibili, esistono vari
 144 tipi di socket, che vengono classificati raggruppandoli in quelli che si
 145 chiamano \textsl{domini}.  La scelta di un dominio equivale in sostanza alla
 146 scelta di una famiglia di protocolli. Ciascun dominio ha un suo nome simbolico
 147 che convenzionalmente inizia con \texttt{PF\_} da \textit{protocol family},
 148 altro nome con cui si indicano i domini.
 149
 150 A ciascun tipo di dominio corrisponde un analogo nome simbolico che inizia per
 151 \texttt{AF\_} da \textit{address family}, e che identifica il formato degli
 152 indirizzi usati in quel dominio; le pagine di manuale di Linux si riferiscono
 153 a questi anche come \textit{name space}, (nome che però il manuale delle
 154 \acr{glibc} riserva ai domini) e che identifica il formato degli indirizzi
 155 usati in quel dominio.
 156
 157 L'idea alla base della distinzione era che una famiglia di protocolli potesse
 158 supportare vari tipi di indirizzi, per cui il prefisso \texttt{PF\_} si
 159 sarebbe dovuto usare nella creazione dei socket e il prefisso \texttt{AF\_} in
 160 quello delle strutture degli indirizzi; questo è quanto specificato anche
 161 dallo standard POSIX.1g, ma non esistono a tuttora famiglie di protocolli che
 162 supportino diverse strutture di indirizzi, per cui nella pratica questi due
 163 nomi sono equivalenti e corrispondono agli stessi valori.
 164
 165 I domini (e i relativi nomi simbolici), così come i nomi delle famiglie di
 166 indirizzi sono definiti dall'header \textit{socket.h}. In Linux le famiglie di
 167 protocolli disponibili sono riportate in \tabref{tab:net_pf_names}.
 168
 169 \begin{table}[htb]
 170   \footnotesize
 171   \centering
 172   \begin{tabular}[c]{|l|l|l|}
 173        \hline
 174        \textbf{Nome}      & \textbf{Utilizzo}           &\textbf{Man page} \\
 175        \hline
 176        \hline
 177        \macro{PF\_UNIX},
 178        \macro{PF\_LOCAL}  & Local communication            & unix(7)    \\
 179        \macro{PF\_INET}   & IPv4 Internet protocols        & ip(7)      \\
 180        \macro{PF\_INET6}  & IPv6 Internet protocols        & ipv6(7)    \\
 181        \macro{PF\_IPX}    & IPX - Novell protocols         &            \\
 182        \macro{PF\_NETLINK}& Kernel user interface device   & netlink(7) \\
 183        \macro{PF\_X25}    & ITU-T X.25 / ISO-8208 protocol & x25(7)     \\
 184        \macro{PF\_AX25}   & Amateur radio AX.25 protocol   &            \\
 185        \macro{PF\_ATMPVC} & Access to raw ATM PVCs         &            \\
 186        \macro{PF\_APPLETALK}& Appletalk                    & ddp(7)     \\
 187        \macro{PF\_PACKET} & Low level packet interface     & packet(7)  \\
 188        \hline
 189   \end{tabular}
 190   \caption{Famiglie di protocolli definiti in Linux}
 191   \label{tab:net_pf_names}
 192 \end{table}
 193
 194 Non tutte le famiglie di protocolli sono accessibili dall'utente generico, ad
 195 esempio in generale tutti i socket di tipo \macro{SOCK\_RAW} possono essere
 196 creati solo da processi che hanno i privilegi di root (cioè con userid
 197 effettivo uguale a zero) o con la capability \macro{CAP\_NET\_RAW}.
 198
 199
 200 \subsection{Il tipo, o stile}
 201 \label{sec:sock_type}
 202
 203 La scelta di un dominio non comporta però la scelta dello stile di
 204 comunicazione, questo infatti viene a dipendere dal protocollo che si andrà ad
 205 utilizzare fra quelli disponibili nella famiglia scelta. Le API permettono di
 206 scegliere lo stile di comunicazione indicando il tipo di socket; Linux e le
 207 \acr{glibc} mettono a disposizione i seguenti tipi di socket (che il manuale
 208 della \acr{glibc} chiama \textit{styles}) definiti come \ctyp{int} in
 209 \file{socket.h}:
 210
 211 \begin{list}{}{}
 212 \item \macro{SOCK\_STREAM} Provvede un canale di trasmissione dati
 213   bidirezionale, sequenziale e affidabile. Opera su una connessione con un
 214   altro socket. I dati vengono ricevuti e trasmessi come un flusso continuo di
 215   byte (da cui il nome \textit{stream}).
 216 \item \macro{SOCK\_DGRAM} Viene usato per mandare pacchetti di lunghezza
 217   massima fissata (\textit{datagram}) indirizzati singolarmente, senza
 218   connessione e in maniera non affidabile. È l'opposto del precedente.
 219 \item \macro{SOCK\_SEQPACKET} Provvede un canale di trasmissione di dati
 220   bidirezionale, sequenziale e affidabile. Opera su una connessione con un
 221   altro socket. I dati possono solo essere trasmessi e letti per pacchetti (di
 222   dimensione massima fissata).
 223 \item \macro{SOCK\_RAW} Provvede l'accesso a basso livello ai protocolli di
 224   rete e alle varie interfacce. I normali programmi di comunicazione non
 225   devono usarlo.
 226 \item \macro{SOCK\_RDM} Provvede un canale di trasmissione di pacchetti
 227   affidabile ma in cui non è garantito l'ordine di arrivo dei pacchetti.
 228 \item \macro{SOCK\_PACKET} Obsoleto, non deve essere usato.
 229 \end{list}
 230
 231 Si tenga presente che non tutte le combinazioni fra una famiglia di protocolli
 232 e un tipo di socket sono valide, in quanto non è detto che in una famiglia
 233 esista un protocollo per ciascuno dei diversi stili di comunicazione appena
 234 elencati.
 235
 236 \begin{table}[htb]
 237   \footnotesize
 238   \centering
 239   \begin{tabular}{l|c|c|c|c|c|}
 240    \multicolumn{1}{c}{} &\multicolumn{1}{c}{\macro{SOCK\_STREAM}}&
 241      \multicolumn{1}{c}{\macro{SOCK\_DGRAM}} &
 242      \multicolumn{1}{c}{\macro{SOCK\_RAW}} &
 243      \multicolumn{1}{c}{\macro{SOCK\_PACKET}}&
 244      \multicolumn{1}{c}{\macro{SOCK\_SEQPACKET}} \\
 245      \cline{2-6}
 246     \macro{PF\_UNIX}      &  si & si  &      &     &     \\
 247      \cline{2-6}
 248     \macro{PF\_INET}      & TCP & UDP & IPv4 &     &     \\
 249      \cline{2-6}
 250     \macro{PF\_INET6}     & TCP & UDP & IPv6 &     &     \\
 251      \cline{2-6}
 252     \macro{PF\_IPX}       &     &     &      &     &     \\
 253      \cline{2-6}
 254     \macro{PF\_NETLINK}   &     &  si &  si  &     &     \\
 255      \cline{2-6}
 256     \macro{PF\_X25}       &     &     &      &     &  si \\
 257      \cline{2-6}
 258     \macro{PF\_AX25}      &     &     &      &     &     \\
 259      \cline{2-6}
 260     \macro{PF\_ATMPVC}    &     &     &      &     &     \\
 261      \cline{2-6}
 262     \macro{PF\_APPLETALK} &     & si  &  si  &     &     \\
 263      \cline{2-6}
 264     \macro{PF\_PACKET}    &     & si  & si   &     &     \\
 265      \cline{2-6}
 266   \end{tabular}
 267   \caption{Combinazioni valide di dominio e tipo di protocollo per la
 268     funzione \func{socket}.}
 269   \label{tab:sock_sock_valid_combinations}
 270 \end{table}
 271
 272 In \secref{tab:sock_sock_valid_combinations} sono mostrate le combinazioni
 273 valide possibili per le varie famiglie di protocolli. Per ogni combinazione
 274 valida si è indicato il tipo di protocollo, o la parola \textsl{si} qualora
 275 non il protocollo non abbia un nome definito, mentre si sono lasciate vuote le
 276 caselle per le combinazioni non supportate.
 277
 278
 279
 280 \section{Le strutture degli indirizzi dei socket}
 281 \label{sec:sock_sockaddr}
 282
 283 Come si è visto nella creazione di un socket non si specifica nulla oltre al
 284 tipo di famiglia di protocolli che si vuole utilizzare, in particolare nessun
 285 indirizzo che identifichi i due capi della comunicazione. La funzione infatti
 286 si limita ad allocare nel kernel quanto necessario per poter poi realizzare la
 287 comunicazione.
 288
 289 Gli indirizzi vengono specificati attraverso apposite strutture che vengono
 290 utilizzate dalle altre funzioni della API dei socket quando la comunicazione
 291 viene effettivamente realizzata.
 292
 293 Ogni famiglia di protocolli ha ovviamente una sua forma di indirizzamento e in
 294 corrispondenza a questa una sua peculiare struttura degli indirizzi; i nomi di
 295 tutte queste strutture iniziano per \var{sockaddr\_}, quelli propri di
 296 ciascuna famiglia vengono identificati dal suffisso finale, aggiunto al nome
 297 precedente.
 298
 299
 300 \subsection{La struttura generica}
 301 \label{sec:sock_sa_gen}
 302
 303 Le strutture degli indirizzi vengono sempre passate alle varie funzioni
 304 attraverso puntatori (cioè \textit{by reference}), ma le funzioni devono poter
 305 maneggiare puntatori a strutture relative a tutti gli indirizzi possibili
 306 nelle varie famiglie di protocolli; questo pone il problema di come passare
 307 questi puntatori, il C ANSI risolve questo problema coi i puntatori generici
 308 (i \ctyp{void *}), ma l'interfaccia dei socket è antecedente alla definizione
 309 dello standard ANSI, e per questo nel 1982 fu scelto di definire una struttura
 310 generica per gli indirizzi dei socket, \type{sockaddr}, che si è riportata in
 311 \figref{fig:sock_sa_gen_struct}.
 312
 313 \begin{figure}[!htb]
 314   \footnotesize
 315   \begin{lstlisting}[labelstep=0,frame=,indent=1cm]{}
 316 struct sockaddr {
 317     sa_family_t  sa_family;     /* address family: AF_xxx */
 318     char         sa_data[14];   /* address (protocol-specific) */
 319 };
 320   \end{lstlisting}
 321   \caption{La struttura generica degli indirizzi dei socket \type{sockaddr}}
 322   \label{fig:sock_sa_gen_struct}
 323 \end{figure}
 324
 325 Tutte le funzioni dei socket che usano gli indirizzi sono definite usando nel
 326 prototipo un puntatore a questa struttura; per questo motivo quando si
 327 invocano dette funzioni passando l'indirizzo di un protocollo specifico
 328 occorrerà eseguire un casting del relativo puntatore.
 329
 330 I tipi di dati che compongono la struttura sono stabiliti dallo standard
 331 POSIX.1g, riassunti in \tabref{tab:sock_data_types} con i rispettivi file di
 332 include in cui sono definiti; la struttura è invece definita nell'include file
 333 \file{sys/socket.h}.
 334
 335 \begin{table}[!htb]
 336   \centering
 337   \begin{tabular}{|l|l|l|}
 338     \hline
 339     \multicolumn{1}{|c|}{\textbf{Tipo}}&
 340     \multicolumn{1}{|c|}{\textbf{Descrizione}}&
 341     \multicolumn{1}{|c|}{\textbf{Header}} \\
 342     \hline
 343     \hline
 344     \type{int8\_t}   & intero a 8 bit con segno   & \file{sys/types.h}\\
 345     \type{uint8\_t}  & intero a 8 bit senza segno & \file{sys/types.h}\\
 346     \type{int16\_t}  & intero a 16 bit con segno  & \file{sys/types.h}\\
 347     \type{uint16\_t} & intero a 16 bit senza segno& \file{sys/types.h}\\
 348     \type{int32\_t}  & intero a 32 bit con segno  & \file{sys/types.h}\\
 349     \type{uint32\_t} & intero a 32 bit senza segno& \file{sys/types.h}\\
 350     \hline
 351     \type{sa\_family\_t} & famiglia degli indirizzi& \file{sys/socket.h}\\
 352     \type{socklen\_t} & lunghezza (\type{uint32\_t}) dell'indirizzo di
 353     un socket& \file{sys/socket.h}\\
 354     \hline
 355     \type{in\_addr\_t} & indirizzo IPv4 (\type{uint32\_t}) &
 356     \file{netinet/in.h}\\
 357     \type{in\_port\_t} & porta TCP o UDP (\type{uint16\_t})&
 358     \file{netinet/in.h}\\
 359     \hline
 360   \end{tabular}
 361   \caption{Tipi di dati usati nelle strutture degli indirizzi, secondo quanto
 362     stabilito dallo standard POSIX.1g.}
 363   \label{tab:sock_data_types}
 364 \end{table}
 365
 366 In alcuni sistemi la struttura è leggermente diversa e prevede un primo membro
 367 aggiuntivo \var{uint8\_t sin\_len} (come riportato da R. Stevens nei suoi
 368 libri). Questo campo non verrebbe usato direttamente dal programmatore e non è
 369 richiesto dallo standard POSIX.1g, in Linux pertanto non esiste. Il campo
 370 \type{sa\_family\_t} era storicamente un \ctyp{unsigned short}.
 371
 372 Dal punto di vista del programmatore l'unico uso di questa struttura è quello
 373 di fare da riferimento per il casting, per il kernel le cose sono un po'
 374 diverse, in quanto esso usa il puntatore per recuperare il campo
 375 \var{sa\_family} con cui determinare il tipo di indirizzo; per questo
 376 motivo, anche se l'uso di un puntatore \ctyp{void *} sarebbe più immediato
 377 per l'utente (che non dovrebbe più eseguire il casting), è stato mantenuto
 378 l'uso di questa struttura.
 379
 380
 381 \subsection{La struttura degli indirizzi IPv4}
 382 \label{sec:sock_sa_ipv4}
 383
 384 I socket di tipo \macro{PF\_INET} vengono usati per la comunicazione
 385 attraverso internet; la struttura per gli indirizzi per un socket internet
 386 (IPv4) è definita come \type{sockaddr\_in} nell'header file
 387 \file{netinet/in.h} e secondo le pagine di manuale ha la forma mostrata in
 388 \figref{fig:sock_sa_ipv4_struct}, conforme allo standard POSIX.1g.
 389
 390 \begin{figure}[!htb]
 391   \footnotesize
 392   \begin{lstlisting}[labelstep=0,frame=,indent=1cm]{}
 393 struct sockaddr_in {
 394     sa_family_t     sin_family; /* address family: AF_INET */
 395     u_int16_t       sin_port;   /* port in network byte order */
 396     struct in_addr  sin_addr;   /* internet address */
 397 };
 398 /* Internet address. */
 399 struct in_addr {
 400     u_int32_t       s_addr;     /* address in network byte order */
 401 };
 402   \end{lstlisting}
 403   \caption{La struttura degli indirizzi dei socket internet (IPv4)
 404     \type{sockaddr\_in}.}
 405   \label{fig:sock_sa_ipv4_struct}
 406 \end{figure}
 407
 408 L'indirizzo di un socket internet (secondo IPv4) comprende l'indirizzo
 409 internet di un'interfaccia più un numero di porta. Il protocollo IP non
 410 prevede numeri di porta, che sono utilizzati solo dai protocolli di livello
 411 superiore come TCP e UDP. Questa struttura però viene usata anche per i socket
 412 RAW che accedono direttamente al livello di IP, nel qual caso il numero della
 413 porta viene impostato al numero di protocollo.
 414
 415 Il membro \var{sin\_family} deve essere sempre impostato; \var{sin\_port}
 416 specifica il numero di porta (vedi \secref{sec:TCPel_port_num}; i numeri di
 417 porta sotto il 1024 sono chiamati \textsl{riservati} in quanto utilizzati da
 418 servizi standard. Soltanto processi con i privilegi di root (con userid
 419 effettivo uguale a zero) o con la capability \macro{CAP\_NET\_BIND\_SERVICE}
 420 possono usare la funzione \func{bind} su queste porte.
 421
 422 Il membro \var{sin\_addr} contiene l'indirizzo internet dell'altro capo
 423 della comunicazione, e viene acceduto sia come struttura (un resto di una
 424 implementazione precedente in cui questa era una \texttt{union} usata per
 425 accedere alle diverse classi di indirizzi) che come intero.
 426
 427 Infine è da sottolineare che sia gli indirizzi che i numeri di porta devono
 428 essere specificati in quello che viene chiamato \textit{network order}, cioè
 429 con i bit ordinati in formato \textit{big endian}, questo comporta la
 430 necessità di usare apposite funzioni di conversione per mantenere la
 431 portabilità del codice (vedi \secref{sec:sock_addr_func} per i dettagli del
 432 problema e le relative soluzioni).
 433
 434
 435 \subsection{La struttura degli indirizzi IPv6}
 436 \label{sec:sock_sa_ipv6}
 437
 438 Essendo IPv6 un'estensione di IPv4 i socket di tipo \macro{PF\_INET6} sono
 439 sostanzialmente identici ai precedenti; la parte in cui si trovano
 440 praticamente tutte le differenze è quella della struttura degli indirizzi. La
 441 struttura degli indirizzi è definita ancora in \file{netinet/in.h}.
 442
 443 \begin{figure}[!htb]
 444   \footnotesize
 445   \begin{lstlisting}[labelstep=0,frame=,indent=1cm]{}
 446 struct sockaddr_in6 {
 447     u_int16_t       sin6_family;   /* AF_INET6 */
 448     u_int16_t       sin6_port;     /* port number */
 449     u_int32_t       sin6_flowinfo; /* IPv6 flow information */
 450     struct in6_addr sin6_addr;     /* IPv6 address */
 451     u_int32_t       sin6_scope_id; /* Scope id (new in 2.4) */
 452 };
 453
 454 struct in6_addr {
 455     unsigned char   s6_addr[16];   /* IPv6 address */
 456 };
 457   \end{lstlisting}
 458   \caption{La struttura degli indirizzi dei socket IPv6
 459     \type{sockaddr\_in6}.}
 460   \label{fig:sock_sa_ipv6_struct}
 461 \end{figure}
 462
 463 Il campo \var{sin6\_family} deve essere sempre impostato ad
 464 \macro{AF\_INET6}, il campo \var{sin6\_port} è analogo a quello di IPv4 e
 465 segue le stesse regole; il campo \var{sin6\_flowinfo} è a sua volta diviso
 466 in tre parti di cui i 24 bit inferiori indicano l'etichetta di flusso, i
 467 successivi 4 bit la priorità e gli ultimi 4 sono riservati; questi valori
 468 fanno riferimento ad alcuni campi specifici dell'header dei pacchetti IPv6
 469 (vedi \secref{sec:IP_ipv6head}) ed il loro uso è sperimentale.
 470
 471 Il campo \var{sin6\_addr} contiene l'indirizzo a 128 bit usato da IPv6,
 472 infine il campo \var{sin6\_scope\_id} è un campo introdotto con il kernel
 473 2.4 per gestire alcune operazioni riguardanti il multicasting.
 474
 475 Si noti che questa struttura è più grande di una \var{sockaddr} generica,
 476 quindi occorre stare attenti a non avere fatto assunzioni riguardo alla
 477 possibilità di contenere i dati nelle dimensioni di quest'ultima.
 478
 479
 480 \subsection{La struttura degli indirizzi locali}
 481 \label{sec:sock_sa_local}
 482
 483 I socket di tipo \macro{PF\_UNIX} vengono usati per una comunicazione
 484 efficiente fra processi che stanno sulla stessa macchina; essi rispetto ai
 485 precedenti possono essere anche creati in maniera anonima attraverso la
 486 funzione \func{socketpair}. Quando però si vuole fare riferimento esplicito
 487 ad uno di questi socket si deve usare la seguente struttura di indirizzi
 488 definita nel file di header \file{sys/un.h}.
 489
 490 \begin{figure}[!htb]
 491   \footnotesize
 492   \begin{lstlisting}[labelstep=0,frame=,indent=1cm]{}
 493 #define UNIX_PATH_MAX    108
 494 struct sockaddr_un {
 495     sa_family_t  sun_family;              /* AF_UNIX */
 496     char         sun_path[UNIX_PATH_MAX]; /* pathname */
 497 };
 498   \end{lstlisting}
 499   \caption{La struttura degli indirizzi dei socket locali
 500     \var{sockaddr\_un}.}
 501   \label{fig:sock_sa_local_struct}
 502 \end{figure}
 503
 504 In questo caso il campo \var{sun\_family} deve essere \macro{AF\_UNIX},
 505 mentre il campo \var{sun\_path} deve specificare un indirizzo; questo ha
 506 due forme un file (di tipo socket) nel filesystem o una stringa univoca
 507 (tenuta in uno spazio di nomi astratto). Nel primo caso l'indirizzo viene
 508 specificato come una stringa (terminata da uno zero) corrispondente al
 509 pathname del file; nel secondo invece \var{sun\_path} inizia con uno zero
 510 vengono usati i restanti byte come stringa (senza terminazione).
 511
 512
 513 % \subsection{Il passaggio delle strutture}
 514 % \label{sec:sock_addr_pass}
 515
 516 % Come detto nelle funzioni della API dei socket le strutture degli indirizzi
 517 % vengono sempre passate per riferimento usando un puntatore; anche la lunghezza
 518 % della struttura è passata come argomento, ma in questo caso la modalità del
 519 % passaggio dipende dalla direzione del medesimo, dal processo al kernel o
 520 % viceversa.
 521
 522 % In particolare le tre funzioni \texttt{bind}, \texttt{connect} e
 523 % \texttt{sendto} passano la struttura al kernel, in questo caso è passata
 524 % \textsl{per valore} anche la dimensione della medesima
 525
 526
 527 % Le funzioni \texttt{accept}, \texttt{recvfrom}, \texttt{getsockname} e
 528 % \texttt{getpeername} invece ricevono i valori del kernel
 529
 530
 531
 532 \section{Le funzioni di conversione degli indirizzi}
 533 \label{sec:sock_addr_func}
 534
 535 In questa sezione tratteremo delle varie funzioni usate per manipolare gli
 536 indirizzi, limitandoci però agli indirizzi internet.
 537
 538 Come accennato gli indirizzi e i numeri di porta usati nella rete devono
 539 essere forniti in formato opportuno (il \textit{network order}). Per capire
 540 cosa significa tutto ciò occorre introdurre un concetto generale che tornerà
 541 utile anche in seguito.
 542
 543
 544 \subsection{La \textit{endianess}}
 545 \label{sec:sock_endianess}
 546
 547 La rappresentazione di un numero binario in un computer può essere fatta in
 548 due modi, chiamati rispettivamente \textit{big endian} e \textit{little
 549   endian} a seconda di come i singoli bit vengono aggregati per formare le
 550 variabili intere (in diretta corrispondenza a come sono poi in realtà cablati
 551 sui bus interni del computer).
 552
 553 Per capire meglio il problema si consideri un intero a 16 bit scritto in una
 554 locazione di memoria posta ad un certo indirizzo. I singoli bit possono essere
 555 disposti un memoria in due modi, a partire dal più significativo o a partire
 556 dal meno significativo. Così nel primo caso si troverà il byte che contiene i
 557 bit più significativi all'indirizzo menzionato e il byte con i bit meno
 558 significativi nell'indirizzo successivo; questo ordinamento è detto
 559 \textit{little endian} dato che il dato finale è la parte ``piccola'' del
 560 numero. Il caso opposto, in cui si parte dal bit meno significativo è detto
 561 per lo stesso motivo \textit{big endian}.
 562
 563 La \textit{endianess} di un computer dipende essenzialmente dalla architettura
 564 hardware usata; Intel e Digital usano il \textit{little endian}, Motorola,
 565 IBM, Sun (sostanzialmente tutti gli altri) usano il \textit{big endian}. Il
 566 formato della rete è anch'esso \textit{big endian}, altri esempi sono quello
 567 del bus PC, che è \textit{little endian}, o quello del bus VME che è
 568 \textit{big endian}.
 569
 570 Esistono poi anche dei processori che possono scegliere il tipo di formato
 571 all'avvio e alcuni che, come il PowerPC o l'Intel i860, possono pure passare
 572 da un tipo di ordinamento all'altro con una specifica istruzione. In ogni caso
 573 in Linux l'ordinamento è definito dall'architettura e dopo l'avvio del sistema
 574 resta sempre lo stesso, anche quando il processore permetterebbe di eseguire
 575 questi cambiamenti.
 576
 577 \subsection{Le funzioni per il riordinamento}
 578 \label{sec:sock_func_ord}
 579
 580 Il problema connesso all'endianess è che quando si passano dei dati da un tipo
 581 di architettura all'altra i dati vengono interpretati in maniera diversa, e ad
 582 esempio nel caso dell'intero a 16 bit ci si ritroverà con i due byte in cui è
 583 suddiviso scambiati di posto, e ne sarà quindi invertito l'ordine di lettura
 584 per cui, per riavere il valore originale dovranno essere rovesciati.
 585
 586 Per questo motivo si usano le seguenti funzioni di conversione che servono a
 587 tener conto automaticamente della possibile differenza fra l'ordinamento usato
 588 sul computer e quello che viene usato nelle trasmissione sulla rete; queste
 589 funzioni sono:
 590 \begin{prototype}{netinet/in.h}
 591 {unsigned long int htonl(unsigned long int hostlong)}
 592   Converte l'intero a 32 bit \var{hostlong} dal formato della macchina a
 593   quello della rete.
 594 \end{prototype}
 595 \begin{prototype}{netinet/in.h}
 596 {unsigned short int htons(unsigned short int hostshort)}
 597   Converte l'intero a 16 bit \var{hostshort} dal formato della macchina a
 598   quello della rete.
 599 \end{prototype}
 600 \begin{prototype}{netinet/in.h}
 601 {unsigned long int ntonl(unsigned long int netlong)}
 602   Converte l'intero a 32 bit \var{netlong} dal formato della rete a quello
 603   della macchina.
 604 \end{prototype}
 605 \begin{prototype}{netinet/in.h}
 606 {unsigned sort int ntons(unsigned short int netshort)}
 607   Converte l'intero a 16 bit \var{netshort} dal formato della rete a quello
 608   della macchina.
 609 \end{prototype}
 610 I nomi sono assegnati usando la lettera \texttt{n} come mnemonico per indicare
 611 l'ordinamento usato sulla rete (da \textit{network order}) e la lettera
 612 \texttt{h} come mnemonico per l'ordinamento usato sulla macchina locale (da
 613 \textit{host order}), mentre le lettere \texttt{s} e \texttt{l} stanno ad
 614 indicare i tipi di dato (\ctyp{long} o \ctyp{short}, riportati anche dai
 615 prototipi).
 616
 617 Usando queste funzioni si ha la conversione automatica: nel caso in cui la
 618 macchina che si sta usando abbia una architettura \textit{big endian} queste
 619 funzioni sono definite come macro che non fanno nulla. Per questo motivo vanno
 620 sempre utilizzate, anche quando potrebbero non essere necessarie, in modo da
 621 assicurare la portabilità del codice su tutte le architetture.
 622
 623
 624 \subsection{Le funzioni \func{inet\_aton}, \func{inet\_addr} e
 625   \func{inet\_ntoa}}
 626 \label{sec:sock_func_ipv4}
 627
 628 Un secondo insieme di funzioni di manipolazione serve per passare dal formato
 629 binario usato nelle strutture degli indirizzi alla rappresentazione dei numeri
 630 IP che si usa normalmente.
 631
 632 Le prime tre funzioni di manipolazione riguardano la conversione degli
 633 indirizzi IPv4 da una stringa in cui il numero di IP è espresso secondo la
 634 cosiddetta notazione \textit{dotted-decimal}, (cioè nella forma
 635 \texttt{192.160.0.1}) al formato binario (direttamente in \textit{network
 636   order}) e viceversa; in questo caso si usa la lettera \texttt{a} come
 637 mnemonico per indicare la stringa. Dette funzioni sono:
 638 \begin{prototype}{arpa/inet.h}
 639   {int inet\_aton(const char *src, struct in\_addr *dest)}
 640   Converte la stringa puntata da \var{src} nell'indirizzo binario da
 641   memorizzare all'indirizzo puntato da \var{dest}, restituendo 0 in caso di
 642   successo e 1 in caso di fallimento (è espressa in questa forma in modo da
 643   poterla usare direttamente con il puntatore usato per passare la struttura
 644   degli indirizzi). Se usata con \var{dest} inizializzato a \macro{NULL}
 645   effettua la validazione dell'indirizzo.
 646 \end{prototype}
 647 \begin{prototype}{arpa/inet.h}{in\_addr\_t inet\_addr(const char *strptr)}
 648   Restituisce l'indirizzo a 32 bit in network order a partire dalla stringa
 649   passata come parametro, in caso di errore restituisce il valore
 650   \macro{INADDR\_NONE} che tipicamente sono trentadue bit a uno; questo
 651   comporta che la stringa \texttt{255.255.255.255}, che pure è un indirizzo
 652   valido, non può essere usata con questa funzione; per questo motivo essa è
 653   generalmente deprecata in favore della precedente.
 654 \end{prototype}
 655 \begin{prototype}{arpa/inet.h}{char *inet\_ntoa(struct in\_addr addrptr)}
 656   Converte il valore a 32 bit dell'indirizzo (espresso in \textit{network
 657     order}) restituendo il puntatore alla stringa che contiene l'espressione
 658   in formato dotted decimal. Si deve tenere presente che la stringa risiede in
 659   memoria statica, per cui questa funzione non è rientrante.
 660 \end{prototype}
 661
 662
 663 \subsection{Le funzioni \func{inet\_pton} e \func{inet\_ntop}}
 664 \label{sec:sock_conv_func_gen}
 665
 666 Le tre funzioni precedenti sono limitate solo ad indirizzi IPv4, per questo
 667 motivo è preferibile usare le due nuove funzioni \func{inet\_pton} e
 668 \func{inet\_ntop} che possono convertire anche gli indirizzi IPv6. Anche in
 669 questo caso le lettere \texttt{n} e \texttt{p} sono degli mnemonici per
 670 ricordare il tipo di conversione effettuata e stanno per \textit{presentation}
 671 e \textit{numeric}.
 672
 673 % \begin{figure}[htb]
 674 %   \centering
 675
 676 %   \caption{Schema della rappresentazioni utilizzate dalle funzioni di
 677 %     conversione \texttt{inet\_pton} e \texttt{inet\_ntop} }
 678 %   \label{fig:sock_inet_conv_func}
 679
 680 % \end{figure}
 681
 682 Entrambe le funzioni accettano l'argomento \param{af} che indica il tipo di
 683 indirizzo e può essere \macro{AF\_INET} o \macro{AF\_INET6}. Se la famiglia
 684 indicata non è valida entrambe le funzioni impostano la variabile \var{errno}
 685 al valore \macro{EAFNOSUPPORT}. I prototipi delle suddette funzioni sono i
 686 seguenti:
 687 \begin{prototype}{sys/socket.h}
 688   {int inet\_pton(int af, const char *src, void *addr\_ptr)} Converte la
 689   stringa puntata da \var{src} nell'indirizzo IP da memorizzare
 690   all'indirizzo puntato da \var{addr\_ptr}, la funzione restituisce un
 691   valore positivo in caso di successo, e zero se la stringa non rappresenta un
 692   indirizzo valido, e negativo se \var{af} specifica una famiglia di indirizzi
 693   non valida.
 694 \end{prototype}
 695 \begin{prototype}{sys/socket.h}
 696   {char *inet\_ntop(int af, const void *addr\_ptr, char *dest, size\_t len)}
 697   Converte la struttura dell'indirizzo puntata da \var{addr\_ptr} in una
 698   stringa che viene copiata nel buffer puntato dall'indirizzo \var{dest};
 699   questo deve essere preallocato dall'utente e la lunghezza deve essere almeno
 700   \macro{INET\_ADDRSTRLEN} in caso di indirizzi IPv4 e
 701   \macro{INET6\_ADDRSTRLEN} per indirizzi IPv6; la lunghezza del buffer deve
 702   comunque venire specificata attraverso il parametro \var{len}.
 703
 704   \bodydesc{La funzione restituisce un puntatore non nullo a \var{dest} in
 705     caso di successo e un puntatore nullo in caso di fallimento, in
 706     quest'ultimo caso viene impostata la variabile \var{errno} con il valore
 707     \macro{ENOSPC} in caso le dimensioni dell'indirizzo eccedano la lunghezza
 708     specificata da \var{len} o \macro{ENOAFSUPPORT} in caso \var{af} non sia
 709     una famiglia di indirizzi valida.}
 710 \end{prototype}
 711
 712 Gli indirizzi vengono convertiti da/alle rispettive strutture di indirizzo
 713 (\var{struct  in\_addr} per IPv4, e \var{struct  in6\_addr} per IPv6), che
 714 devono essere precedentemente allocate e passate attraverso il puntatore
 715 \var{addr\_ptr}; il parametro \var{dest} di \func{inet\_ntop} non può essere
 716 nullo e deve essere allocato precedentemente.
 717
 718 Il formato usato per gli indirizzi in formato di presentazione è la notazione
 719 \textit{dotted decimal} per IPv4 e quella descritta in
 720 \secref{sec:IP_ipv6_notation} per IPv6.
 721
 722
 723
 724 \section{Un esempio di applicazione}
 725 \label{sec:sock_appplication}
 726
 727 Per evitare di rendere questa introduzione ai socket puramente teorica
 728 iniziamo con il mostrare un esempio di un client TCP elementare.  Prima di
 729 passare agli esempi del client e del server, esamineremo una caratteristica
 730 delle funzioni di I/O sui socket che ci tornerà utile anche in seguito.
 731
 732
 733 \subsection{Il comportamento delle funzioni di I/O}
 734 \label{sec:sock_io_behav}
 735
 736 Una cosa di cui non sempre si è consapevoli quando si ha a che fare con i
 737 socket è che le funzioni di input/output non sempre hanno lo stesso
 738 comportamento che avrebbero con i normali files (in particolare questo accade
 739 per i socket di tipo stream).
 740
 741 Infatti con i socket è comune che funzioni come \func{read} o \func{write}
 742 possano restituire in input o scrivere in output un numero di byte minore di
 743 quello richiesto. Come già accennato in \secref{sec:file_read} questo è un
 744 comportamento normale anche per l'I/O su file, e succede
 745 perché si eccede in lettura o scrittura il limite di buffer del kernel.
 746
 747 In questo caso tutto quello che il programma chiamante deve fare è di ripetere
 748 la lettura (o scrittura) per la quantità di byte rimanenti (lo stesso può
 749 avvenire scrivendo più di 4096 byte in una pipe, dato che quello è il limite
 750 di solito adottato per il buffer di trasmissione del kernel).
 751
 752 \begin{figure}[htb]
 753   \centering
 754   \footnotesize
 755   \begin{lstlisting}{}
 756 #include <unistd.h>
 757
 758 ssize_t SockRead(int fd, void *buf, size_t count)
 759 {
 760     size_t nleft;
 761     ssize_t nread;
 762
 763     nleft = count;
 764     while (nleft > 0) {             /* repeat until no left */
 765         if ( (nread = read(fd, buf, nleft)) < 0) {
 766             if (errno == EINTR) {   /* if interrupted by system call */
 767                 continue;           /* repeat the loop */
 768             } else {
 769                 return(nread);      /* otherwise exit */
 770             }
 771         } else if (nread == 0) {    /* EOF */
 772             break;                  /* break loop here */
 773         }
 774         nleft -= nread;             /* set left to read */
 775         buf +=nread;                /* set pointer */
 776     }
 777     return (count - nleft);
 778 }
 779   \end{lstlisting}
 780   \caption{Funzione \func{SockRead}, legge \var{count} byte da un socket }
 781   \label{fig:sock_SockRead_code}
 782 \end{figure}
 783
 784 Per questo motivo seguendo l'esempio di W. R. Stevens si sono definite due
 785 funzioni \func{SockRead} e \func{SockWrite} che eseguono la lettura da un
 786 socket tenendo conto di questa caratteristica, ed in grado di ritornare dopo
 787 avere letto o scritto esattamente il numero di byte specificato; il sorgente
 788 è riportato in \curfig\ e \nfig\ ed è disponibile fra i sorgenti allegati alla
 789 guida nei files \file{SockRead.c} e \file{SockWrite.c}.
 790
 791 \begin{figure}[htb]
 792   \centering
 793   \footnotesize
 794   \begin{lstlisting}{}
 795 #include <unistd.h>
 796
 797 ssize_t SockWrite(int fd, const void *buf, size_t count)
 798 {
 799     size_t nleft;
 800     ssize_t nwritten;
 801
 802     nleft = count;
 803     while (nleft > 0) {             /* repeat until no left */
 804         if ( (nwritten = write(fd, buf, nleft)) < 0) {
 805             if (errno == EINTR) {   /* if interrupted by system call */
 806                 continue;           /* repeat the loop */
 807             } else {
 808                 return(nwritten);   /* otherwise exit with error */
 809             }
 810         }
 811         nleft -= nwritten;          /* set left to write */
 812         buf +=nwritten;             /* set pointer */
 813     }
 814     return (count);
 815 }
 816   \end{lstlisting}
 817   \caption{Funzione \func{SockWrite}, scrive \var{count} byte su un socket }
 818   \label{fig:sock_SockWrite_code}
 819 \end{figure}
 820
 821 Come si può notare le funzioni ripetono la lettura/scrittura in un ciclo fino
 822 all'esaurimento del numero di byte richiesti, in caso di errore viene
 823 controllato se questo è \macro{EINTR} (cioè un'interruzione della system call
 824 dovuta ad un segnale), nel qual caso l'accesso viene ripetuto, altrimenti
 825 l'errore viene ritornato interrompendo il ciclo.
 826
 827 Nel caso della lettura, se il numero di byte letti è zero, significa che si è
 828 arrivati alla fine del file e pertanto si ritorna senza aver concluso la
 829 lettura di tutti i byte richiesti.
 830
 831
 832
 833 \subsection{Un primo esempio di client}
 834 \label{sec:net_cli_sample}
 835
 836 Lo scopo di questo esempio è fornire un primo approccio alla programmazione di
 837 rete e vedere come si usano le funzioni descritte in precedenza, alcune delle
 838 funzioni usate nell'esempio saranno trattate in dettaglio nel capitolo
 839 successivo; qui ci limiteremo a introdurre la nomenclatura senza fornire
 840 definizioni precise e dettagli di funzionamento che saranno trattati
 841 estensivamente più avanti.
 842
 843 In \figref{fig:net_cli_code} è riportata la sezione principale del codice del
 844 nostro client elementare per il servizio \textit{daytime}, un servizio
 845 standard che restituisce l'ora locale della macchina a cui si effettua la
 846 richiesta.
 847
 848 \begin{figure}[!htb]
 849   \footnotesize
 850   \begin{lstlisting}{}
 851 #include <sys/types.h>   /* predefined types */
 852 #include <unistd.h>      /* include unix standard library */
 853 #include <arpa/inet.h>   /* IP addresses conversion utilities */
 854 #include <sys/socket.h>  /* socket library */
 855 #include <stdio.h>       /* include standard I/O library */
 856
 857 int main(int argc, char *argv[])
 858 {
 859     int sock_fd;
 860     int i, nread;
 861     struct sockaddr_in serv_add;
 862     char buffer[MAXLINE];
 863      ...
 864     /* create socket */
 865     if ( (sock_fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) < 0) {
 866         perror("Socket creation error");
 867         return -1;
 868     }
 869     /* initialize address */
 870     memset((void *) &serv_add, 0, sizeof(serv_add)); /* clear server address */
 871     serv_add.sin_family = AF_INET;                   /* address type is INET */
 872     serv_add.sin_port = htons(13);                   /* daytime post is 13 */
 873     /* build address using inet_pton */
 874     if ( (inet_pton(AF_INET, argv[optind], &serv_add.sin_addr)) <= 0) {
 875         perror("Address creation error");
 876         return -1;
 877     }
 878     /* extablish connection */
 879     if (connect(sock_fd, (struct sockaddr *)&serv_add, sizeof(serv_add)) < 0) {
 880         perror("Connection error");
 881         return -1;
 882     }
 883     /* read daytime from server */
 884     while ( (nread = read(sock_fd, buffer, MAXLINE)) > 0) {
 885         buffer[nread]=0;
 886         if (fputs(buffer, stdout) == EOF) {          /* write daytime */
 887             perror("fputs error");
 888             return -1;
 889         }
 890     }
 891     /* error on read */
 892     if (nread < 0) {
 893         perror("Read error");
 894         return -1;
 895     }
 896     /* normal exit */
 897     return 0;
 898 }
 899   \end{lstlisting}
 900   \caption{Esempio di codice di un client elementare per il servizio daytime.}
 901   \label{fig:net_cli_code}
 902 \end{figure}
 903
 904 Il sorgente completo del programma (\file{ElemDaytimeTCPClient.c}, che
 905 comprende il trattamento delle opzioni e una funzione per stampare un
 906 messaggio di aiuto) è allegato alla guida nella sezione dei codici sorgente e
 907 può essere compilato su una qualunque macchina Linux.
 908
 909 Il programma anzitutto include gli header necessari (\texttt{\small 1--5});
 910 dopo la dichiarazione delle variabili (\texttt{\small 9--12}) si è omessa
 911 tutta la parte relativa al trattamento degli argomenti passati dalla linea di
 912 comando (effettuata con le apposite routine illustrate in
 913 \capref{sec:proc_opt_handling}).
 914
 915 Il primo passo (\texttt{\small 14--18}) è creare un \textit{socket} IPv4
 916 (\macro{AF\_INET}), di tipo TCP \macro{SOCK\_STREAM}. La funzione
 917 \macro{socket} ritorna il descrittore che viene usato per identificare il
 918 socket in tutte le chiamate successive. Nel caso la chiamata fallisca si
 919 stampa un errore con la relativa routine e si esce.
 920
 921 Il passo seguente (\texttt{\small 19--27}) è quello di costruire un'apposita
 922 struttura \type{sockaddr\_in} in cui sarà inserito l'indirizzo del server ed
 923 il numero della porta del servizio. Il primo passo è inizializzare tutto a
 924 zero, per poi inserire il tipo di protocollo e la porta (usando per
 925 quest'ultima la funzione \func{htons} per convertire il formato dell'intero
 926 usato dal computer a quello usato nella rete), infine si utilizza la funzione
 927 \func{inet\_pton} per convertire l'indirizzo numerico passato dalla linea di
 928 comando.
 929
 930 Usando la funzione \func{connect} sul socket creato in precedenza
 931 (\texttt{\small 28--32}) si provvede poi a stabilire la connessione con il
 932 server specificato dall'indirizzo immesso nella struttura passata come secondo
 933 argomento, il terzo argomento è la dimensione di detta struttura. Dato che
 934 esistono diversi tipi di socket, si è dovuto effettuare un cast della
 935 struttura inizializzata in precedenza, che è specifica per i socket IPv4.  Un
 936 valore di ritorno negativo implica il fallimento della connessione.
 937
 938 Completata con successo la connessione il passo successivo (\texttt{\small
 939   34--40}) è leggere la data dal socket; il server invierà sempre una stringa
 940 di 26 caratteri della forma \verb|Wed Apr 4 00:53:00 2001\r\n|, che viene
 941 letta dalla funzione \func{read} e scritta su \file{stdout}.
 942
 943 Dato il funzionamento di TCP la risposta potrà tornare in un unico pacchetto
 944 di 26 byte (come avverrà senz'altro nel caso in questione) ma potrebbe anche
 945 arrivare in 26 pacchetti di un byte.  Per questo nel caso generale non si può
 946 mai assumere che tutti i dati arrivino con una singola lettura, pertanto
 947 quest'ultima deve essere effettuata in un ciclo in cui si continui a leggere
 948 fintanto che la funzione \func{read} non ritorni uno zero (che significa che
 949 l'altro capo ha chiuso la connessione) o un numero minore di zero (che
 950 significa un errore nella connessione).
 951
 952 Si noti come in questo caso la fine dei dati sia specificata dal server che
 953 chiude la connessione; questa è una delle tecniche possibili (è quella usata
 954 pure dal protocollo HTTP), ma ce ne possono essere altre, ad esempio FTP marca
 955 la conclusione di un blocco di dati con la sequenza ASCII \verb|\r\n|
 956 (carriage return e line feed), mentre il DNS mette la lunghezza in testa ad
 957 ogni blocco che trasmette. Il punto essenziale è che TCP non provvede nessuna
 958 indicazione che permetta di marcare dei blocchi di dati, per cui se questo è
 959 necessario deve provvedere il programma stesso.
 960
 961 \subsection{Un primo esempio di server}
 962 \label{sec:net_serv_sample}
 963
 964 Dopo aver illustrato il client daremo anche un esempio di un server
 965 elementare, in grado di rispondere al precedente client. Il listato è
 966 nuovamente mostrato in \figref{fig:net_serv_code}, il sorgente completo
 967 (\file{ElemDaytimeTCPServer.c}) è allegato insieme agli altri file nella
 968 directory \file{sources}.
 969
 970 \begin{figure}[!htbp]
 971   \footnotesize
 972   \begin{lstlisting}{}
 973 #include <sys/types.h>   /* predefined types */
 974 #include <unistd.h>      /* include unix standard library */
 975 #include <arpa/inet.h>   /* IP addresses conversion utilities */
 976 #include <sys/socket.h>  /* socket library */
 977 #include <stdio.h>       /* include standard I/O library */
 978 #include <time.h>
 979 #define MAXLINE 80
 980 #define BACKLOG 10
 981 int main(int argc, char *argv[])
 982 {
 983 /*
 984  * Variables definition
 985  */
 986     int list_fd, conn_fd;
 987     int i;
 988     struct sockaddr_in serv_add;
 989     char buffer[MAXLINE];
 990     time_t timeval;
 991     ...
 992     /* create socket */
 993     if ( (list_fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) < 0) {
 994         perror("Socket creation error");
 995         exit(-1);
 996     }
 997     /* initialize address */
 998     memset((void *)&serv_add, 0, sizeof(serv_add)); /* clear server address */
 999     serv_add.sin_family = AF_INET;                  /* address type is INET */
1000     serv_add.sin_port = htons(13);                  /* daytime port is 13 */
1001     serv_add.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);   /* connect from anywhere */
1002     /* bind socket */
1003     if (bind(list_fd, (struct sockaddr *)&serv_add, sizeof(serv_add)) < 0) {
1004         perror("bind error");
1005         exit(-1);
1006     }
1007     /* listen on socket */
1008     if (listen(list_fd, BACKLOG) < 0 ) {
1009         perror("listen error");
1010         exit(-1);
1011     }
1012     /* write daytime to client */
1013     while (1) {
1014         if ( (conn_fd = accept(list_fd, (struct sockaddr *) NULL, NULL)) <0 ) {
1015             perror("accept error");
1016             exit(-1);
1017         }
1018         timeval = time(NULL);
1019         snprintf(buffer, sizeof(buffer), "%.24s\r\n", ctime(&timeval));
1020         if ( (write(conn_fd, buffer, strlen(buffer))) < 0 ) {
1021             perror("write error");
1022             exit(-1);
1023         }
1024         close(conn_fd);
1025     }
1026     /* normal exit */
1027     exit(0);
1028 }
1029   \end{lstlisting}
1030   \caption{Esempio di codice di un semplice server per il servizio daytime.}
1031   \label{fig:net_serv_code}
1032 \end{figure}
1033
1034 Come per il client si includono gli header necessari a cui è aggiunto quello
1035 per trattare i tempi, e si definiscono alcune costanti e le variabili
1036 necessarie in seguito (\texttt{\small 1--18}), come nel caso precedente si
1037 sono omesse le parti relative al trattamento delle opzioni da riga di comando.
1038
1039 La creazione del socket (\texttt{\small 22--26}) è analoga al caso precedente,
1040 come pure l'inizializzazione della struttura \type{sockaddr\_in}, anche in
1041 questo caso si usa la porta standard del servizio daytime, ma come indirizzo
1042 IP si il valore predefinito \macro{INET\_ANY} che corrisponde ad un indirizzo
1043 generico (\texttt{\small 27--31}).
1044
1045 Si effettua poi (\texttt{\small 32--36}) la chiamata alla funzione
1046 \func{bind} che permette di associare la precedente struttura al socket, in
1047 modo che quest'ultimo possa essere usato per accettare connessioni su una
1048 qualunque delle interfacce di rete locali.
1049
1050 Il passo successivo (\texttt{\small 37--41}) è mettere ``in ascolto'' il
1051 socket, questo viene effettuato con la funzione \func{listen} che dice al
1052 kernel di accettare connessioni per il socket specificato, la funzione indica
1053 inoltre, con il secondo parametro, il numero massimo di connessioni che il
1054 kernel accetterà di mettere in coda per il suddetto socket.
1055
1056 Questa ultima chiamata completa la preparazione del socket per l'ascolto (che
1057 viene chiamato anche \textit{listening descriptor}) a questo punto il processo
1058 è mandato in sleep (\texttt{\small 44--47}) con la successiva chiamata alla
1059 funzione \func{accept}, fin quando non arriva e viene accettata una
1060 connessione da un client.
1061
1062 Quando questo avviene \func{accept} ritorna un secondo descrittore di socket,
1063 che viene chiamato \textit{connected descriptor} che è quello che viene usato
1064 dalla successiva chiamata alla \func{write} per scrivere la risposta al
1065 client, una volta che si è opportunamente (\texttt{\small 48--49}) costruita
1066 la stringa con la data da trasmettere. Completata la trasmissione il nuovo
1067 socket viene chiuso (\texttt{\small 54}).  Il tutto è inserito in un ciclo
1068 infinito (\texttt{\small 42--55}) in modo da poter ripetere l'invio della data
1069 ad una successiva connessione.
1070
1071 È importante notare che questo server è estremamente elementare, infatti a
1072 parte il fatto di essere dipendente da IPv4, esso è in grado di servire solo
1073 un client alla volta, è cioè un \textsl{server iterativo}, inoltre esso è
1074 scritto per essere lanciato da linea di comando, se lo si volesse utilizzare
1075 come demone di sistema (che è in esecuzione anche quando non c'è nessuna shell
1076 attiva e il terminale da cui lo si è lanciato è stato sconnesso),
1077 occorrerebbero delle opportune modifiche.
1078
1079 %%% Local Variables:
1080 %%% mode: latex
1081 %%% TeX-master: "gapil"
1082 %%% End: