socket.tex

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