socket.tex

   1 %% socket.tex
   2 %%
   3 %% Copyright (C) 2000-2017 Simone Piccardi.  Permission is granted to
   4 %% copy, distribute and/or modify this document under the terms of the GNU Free
   5 %% Documentation License, Version 1.1 or any later version published by the
   6 %% Free Software Foundation; with the Invariant Sections being "Un preambolo",
   7 %% with no Front-Cover Texts, and with no Back-Cover Texts.  A copy of the
   8 %% license is included in the section entitled "GNU Free Documentation
   9 %% License".
  10 %%
  11
  12 \chapter{I socket}
  13 \label{cha:socket_intro}
  14
  15 In questo capitolo inizieremo a spiegare le caratteristiche salienti della
  16 principale interfaccia per la programmazione di rete, quella dei
  17 \textit{socket}, che, pur essendo nata in ambiente Unix, è usata ormai da
  18 tutti i sistemi operativi.
  19
  20 Dopo una breve panoramica sulle caratteristiche di questa interfaccia vedremo
  21 come creare un socket e come collegarlo allo specifico protocollo di rete che
  22 si utilizzerà per la comunicazione. Per evitare un'introduzione puramente
  23 teorica concluderemo il capitolo con un primo esempio di applicazione.
  24
  25 \section{Introduzione ai socket}
  26 \label{sec:sock_overview}
  27
  28 In questa sezione daremo descrizione essenziale di cosa sono i \textit{socket}
  29 e di quali sono i concetti fondamentali da tenere presente quando si ha a che
  30 fare con essi; ne illustreremo poi le caratteristiche e le differenti
  31 tipologie presenti ed infine tratteremo le modalità con cui possono essere
  32 creati.
  33
  34 \index{socket!definizione|(}
  35
  36 \subsection{Cosa sono i \textit{socket}}
  37 \label{sec:sock_socket_def}
  38
  39 I \textit{socket} (una traduzione letterale potrebbe essere \textsl{presa}, ma
  40 essendo universalmente noti come \textit{socket} utilizzeremo sempre la parola
  41 inglese) sono uno dei principali meccanismi di comunicazione utilizzato in
  42 ambito Unix, e li abbiamo brevemente incontrati in
  43 sez.~\ref{sec:ipc_socketpair}, fra i vari meccanismi di intercomunicazione fra
  44 processi.
  45
  46 Un socket costituisce in sostanza un canale di comunicazione fra due processi
  47 su cui si possono leggere e scrivere dati analogo a quello di una
  48 \textit{pipe} (vedi sez.~\ref{sec:ipc_pipes}) ma, a differenza di questa e
  49 degli altri meccanismi esaminati nel capitolo cap.~\ref{cha:IPC}, i socket non
  50 sono limitati alla comunicazione fra processi che girano sulla stessa
  51 macchina, ma possono realizzare la comunicazione anche attraverso la rete.
  52
  53 Quella dei socket costituisce infatti la principale interfaccia usata nella
  54 programmazione di rete.  La loro origine risale al 1983, quando furono
  55 introdotti in BSD 4.2; l'interfaccia è rimasta sostanzialmente la stessa, con
  56 piccole modifiche, negli anni successivi. Benché siano state sviluppate
  57 interfacce alternative, originate dai sistemi SVr4 come la XTI (\textit{X/Open
  58   Transport Interface}) nessuna ha mai raggiunto la diffusione e la popolarità
  59 di quella dei socket (né tantomeno la stessa usabilità e flessibilità) ed oggi
  60 sono praticamente dimenticate.
  61
  62 La flessibilità e la genericità dell'interfaccia inoltre consente di
  63 utilizzare i socket con i più disparati meccanismi di comunicazione, e non
  64 solo con l'insieme dei protocolli TCP/IP, anche se questa sarà comunque quella
  65 di cui tratteremo in maniera più estesa.
  66
  67 Per capire il funzionamento dei socket occorre avere presente il funzionamento
  68 dei protocolli di rete che su utilizzeranno (ed in particolare quelli del
  69 TCP/IP già illustrati in sez.~\ref{sec:net_tpcip}), ma l'interfaccia è del
  70 tutto generale e benché le problematiche, e quindi le modalità di risolvere i
  71 problemi, siano diverse a seconda del tipo di protocollo di comunicazione
  72 usato, le funzioni da usare nella gestione dei socket restano le stesse.
  73
  74 Per questo motivo una semplice descrizione dell'interfaccia è assolutamente
  75 inutile, in quanto il comportamento di quest'ultima e le problematiche da
  76 affrontare cambiano radicalmente a seconda del tipo di comunicazione usato.
  77 La scelta di questo tipo di comunicazione (sovente anche detto \textsl{stile})
  78 va infatti ad incidere sulla semantica che verrà utilizzata a livello utente
  79 per gestire la comunicazione cioè su come inviare e ricevere i dati e sul
  80 comportamento effettivo delle funzioni utilizzate.
  81
  82 La scelta di uno \textsl{stile} dipende sia dai meccanismi disponibili, sia
  83 dal tipo di comunicazione che si vuole effettuare. Ad esempio alcuni tipi di
  84 comunicazione considerano i dati come una sequenza continua di byte, in quello
  85 che viene chiamato un \textsl{flusso} (in inglese \textit{stream}), mentre
  86 altri invece li raggruppano in \textsl{pacchetti} (in inglese
  87 \textit{datagram}) che vengono sempre inviati in blocchi separati e non
  88 divisibili.
  89
  90 Un altro esempio delle differenze fra i diversi tipi di comunicazione concerne
  91 la possibilità che essa possa o meno perdere dati nella trasmissione, che
  92 possa o meno rispettare l'ordine in cui i dati inviati e ricevuti, o che possa
  93 accadere di inviare dei pacchetti di dati più volte (differenze che ad esempio
  94 sono presenti nel caso di utilizzo dei protocolli TCP o UDP).
  95
  96 Un terzo esempio di differenza nel tipo di comunicazione concerne il modo in
  97 cui essa avviene nei confronti dei corrispondenti, in certi casi essa può
  98 essere condotta con una connessione diretta con un solo corrispondente, come
  99 per una telefonata; altri casi possono prevedere una comunicazione come per
 100 lettera, in cui si scrive l'indirizzo su ogni pacchetto, altri ancora una
 101 comunicazione uno a molti come il \textit{broadcast} ed il \textit{multicast},
 102 in cui i pacchetti possono venire emessi su appositi ``\textsl{canali}'' dove
 103 chiunque si collega possa riceverli.
 104
 105 É chiaro che ciascuno di questi diversi aspetti è associato ad un tipo di
 106 comunicazione che comporta una modalità diversa di gestire la stessa, ad
 107 esempio se la comunicazione è inaffidabile occorrerà essere in grado di
 108 gestire la perdita o il rimescolamento dei dati, se è a pacchetti questi
 109 dovranno essere opportunamente trattati, se è uno a molti occorrerà tener
 110 conto della eventuale unidirezionalità della stessa, ecc.
 111
 112 \index{socket!definizione|)}
 113
 114
 115 \subsection{La creazione di un socket}
 116 \label{sec:sock_creation}
 117
 118 Come accennato l'interfaccia dei socket è estremamente flessibile e permette
 119 di interagire con protocolli di comunicazione anche molto diversi fra di loro;
 120 in questa sezione vedremo come è possibile creare un socket e come specificare
 121 il tipo di comunicazione che esso deve utilizzare.
 122
 123 La creazione di un socket avviene attraverso l'uso della funzione di sistema
 124 \funcd{socket}; essa restituisce un \textit{file descriptor} (del tutto
 125 analogo a quelli che si ottengono per i file di dati e le \textit{pipe},
 126 descritti in sez.~\ref{sec:file_fd}) che serve come riferimento al socket; il
 127 suo prototipo è:
 128
 129 \begin{funcproto}{
 130 \fhead{sys/socket.h}
 131 \fdecl{int socket(int domain, int type, int protocol)}
 132 \fdesc{Apre un socket.}
 133 }
 134
 135 {La funzione ritorna un valore positivo in caso di successo e $-1$ per un
 136   errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
 137   \begin{errlist}
 138   \item[\errcode{EACCES}] non si hanno privilegi per creare un socket nel
 139     dominio o con il protocollo specificato.
 140   \item[\errcode{EAFNOSUPPORT}] famiglia di indirizzi non supportata.
 141   \item[\errcode{EINVAL}] argomento \param{type} invalido.
 142   \item[\errcode{EMFILE}] si è ecceduta la tabella dei file.
 143   \item[\errcode{ENFILE}] si è raggiunto il limite massimo di file aperti.
 144   \item[\errcode{ENOBUFS}] non c'è sufficiente memoria per creare il socket
 145     (può essere anche \errval{ENOMEM}).
 146   \item[\errcode{EPROTONOSUPPORT}] il tipo di socket o il protocollo scelto
 147     non sono supportati nel dominio.
 148   \end{errlist}
 149   ed inoltre a seconda del protocollo usato, potranno essere generati altri
 150   errori, che sono riportati nelle pagine di manuale relative al protocollo.}
 151 \end{funcproto}
 152
 153
 154 La funzione ha tre argomenti, \param{domain} specifica il dominio del socket
 155 (definisce cioè, come vedremo in sez.~\ref{sec:sock_domain}, la famiglia di
 156 protocolli usata), \param{type} specifica il tipo di socket (definisce cioè,
 157 come vedremo in sez.~\ref{sec:sock_type}, lo stile di comunicazione) e
 158 \param{protocol} il protocollo; in genere quest'ultimo è indicato
 159 implicitamente dal tipo di socket, per cui di norma questo valore viene messo
 160 a zero (con l'eccezione dei \textit{raw socket}).
 161
 162 % TODO: l'ultimo argomento viene usato anche dai nuovi ping socket introdotti
 163 % con il kernel 3.0, vedi anche http://lwn.net/Articles/420799/ e
 164 % http://git.kernel.org/?p=linux/kernel/git/torvalds/linux-2.6.git;a=commitdiff;h=c319b4d76b9e583a5d88d6bf190e079c4e43213d
 165
 166 Si noti che la creazione del socket si limita ad allocare le opportune
 167 strutture nel kernel (sostanzialmente una voce nella \textit{file table}) e
 168 non comporta nulla riguardo all'indicazione degli indirizzi remoti o locali
 169 attraverso i quali si vuole effettuare la comunicazione. Questo significa che
 170 la funzione da sola non è in grado di fornire alcun tipo di comunicazione.
 171
 172
 173 \subsection{Il dominio dei socket}
 174 \label{sec:sock_domain}
 175
 176 Dati i tanti e diversi protocolli di comunicazione disponibili, esistono vari
 177 tipi di socket, che vengono classificati raggruppandoli in quelli che si
 178 chiamano \textsl{domini}.  La scelta di un dominio equivale in sostanza alla
 179 scelta di una famiglia di protocolli, e viene effettuata attraverso
 180 l'argomento \param{domain} della funzione \func{socket}. Ciascun dominio ha un
 181 suo nome simbolico che convenzionalmente è indicato da una costante che inizia
 182 per \texttt{PF\_}, sigla che sta per \textit{protocol family}, altro nome con
 183 cui si indicano i domini.
 184
 185 A ciascun tipo di dominio corrisponde un analogo nome simbolico, anch'esso
 186 associato ad una costante, che inizia invece per \texttt{AF\_} (da
 187 \textit{address family}) che identifica il formato degli indirizzi usati in
 188 quel dominio. Le pagine di manuale di Linux si riferiscono a questi indirizzi
 189 anche come \textit{name space}, (nome che invece il manuale delle \acr{glibc}
 190 riserva a quello che noi abbiamo chiamato domini) dato che identificano il
 191 formato degli indirizzi usati in quel dominio per identificare i capi della
 192 comunicazione.
 193
 194 \begin{table}[htb]
 195   \footnotesize
 196   \centering
 197   \begin{tabular}[c]{|l|l|l|l|}
 198        \hline
 199        \textbf{Nome}&\textbf{Valore}&\textbf{Utilizzo}&\textbf{Man page} \\
 200        \hline
 201        \hline
 202        \constd{AF\_UNSPEC}   & 0& Non specificato               &            \\
 203        \constd{AF\_LOCAL}    & 1& Local communication           & unix(7)    \\
 204        \constd{AF\_UNIX}, \constd{AF\_FILE}&1&Sinonimi di \const{AF\_LOCAL}& \\
 205        \constd{AF\_INET}     & 2& IPv4 Internet protocols       & ip(7)      \\
 206        \constd{AF\_AX25}     & 3& Amateur radio AX.25 protocol  &            \\
 207        \constd{AF\_IPX}      & 4& IPX - Novell protocols        &            \\
 208        \constd{AF\_APPLETALK}& 5& Appletalk                     & ddp(7)     \\
 209        \constd{AF\_NETROM}   & 6& Amateur radio NetROM          &            \\
 210        \constd{AF\_BRIDGE}   & 7& Multiprotocol bridge          &            \\
 211        \constd{AF\_ATMPVC}   & 8& Access to raw ATM PVCs        &            \\
 212        \constd{AF\_X25}      & 9& ITU-T X.25 / ISO-8208 protocol& x25(7)     \\
 213        \constd{AF\_INET6}    &10& IPv6 Internet protocols       & ipv6(7)    \\
 214        \constd{AF\_ROSE}     &11& Amateur Radio X.25 PLP        &            \\
 215        \constd{AF\_DECnet}   &12& Reserved for DECnet project   &            \\
 216        \constd{AF\_NETBEUI}  &13& Reserved for 802.2LLC project &            \\
 217        \constd{AF\_SECURITY} &14& Security callback pseudo AF   &            \\
 218        \constd{AF\_KEY}      &15& AF\_KEY key management API    &            \\
 219        \constd{AF\_NETLINK}  &16& Kernel user interface device  & netlink(7) \\
 220        \constd{AF\_ROUTE}    &16& Sinonimo di \const{AF\_NETLINK} emula BSD.&\\
 221        \constd{AF\_PACKET}   &17& Low level packet interface    & packet(7)  \\
 222        \constd{AF\_ASH}      &18& Ash                           &    \\
 223        \constd{AF\_ECONET}   &19& Acorn Econet                  &    \\
 224        \constd{AF\_ATMSVC}   &20& ATM SVCs                      &    \\
 225        \constd{AF\_SNA}      &22& Linux SNA Project             &    \\
 226        \constd{AF\_IRDA}     &23& IRDA socket (infrarossi)      &    \\
 227        \constd{AF\_PPPOX}    &24& PPPoX socket                  &    \\
 228        \constd{AF\_WANPIPE}  &25& Wanpipe API socket            &    \\
 229        \constd{AF\_LLC}      &26& Linux LLC                     &    \\
 230        \constd{AF\_CAN}      &29& Controller Are Network        &    \\
 231        \constd{AF\_BLUETOOTH}&31& Bluetooth socket              &    \\
 232        \hline
 233   \end{tabular}
 234   \caption{Famiglie di protocolli definiti in Linux.}
 235   \label{tab:net_pf_names}
 236 \end{table}
 237
 238 L'idea alla base della distinzione fra questi due insiemi di costanti era che
 239 una famiglia di protocolli potesse supportare vari tipi di indirizzi, per cui
 240 il prefisso \texttt{PF\_} si sarebbe dovuto usare nella creazione dei socket e
 241 il prefisso \texttt{AF\_} in quello delle strutture degli indirizzi. Questo è
 242 quanto specificato anche dallo standard POSIX.1g, ma non esistono a tuttora
 243 famiglie di protocolli che supportino diverse strutture di indirizzi, per cui
 244 nella pratica questi due nomi sono equivalenti e corrispondono agli stessi
 245 valori numerici.\footnote{in Linux, come si può verificare andando a guardare
 246   il contenuto di \file{bits/socket.h}, le costanti sono esattamente le stesse
 247   e ciascuna \texttt{AF\_} è definita alla corrispondente \texttt{PF\_} e con
 248   lo stesso nome.} Qui si sono indicati i nomi con il prefisso \texttt{AF\_}
 249 seguendo la convenzione usata nelle pagine di manuale.
 250
 251 I domini (e i relativi nomi simbolici), così come i nomi delle famiglie di
 252 indirizzi, sono definiti dall'\textit{header file} \headfiled{socket.h}. Un
 253 elenco delle famiglie di protocolli disponibili in Linux è riportato in
 254 tab.~\ref{tab:net_pf_names}. L'elenco indica tutti i protocolli definiti; fra
 255 questi però saranno utilizzabili solo quelli per i quali si è compilato il
 256 supporto nel kernel (o si sono caricati gli opportuni moduli), viene definita
 257 anche una costante \constd{AF\_MAX} che indica il valore massimo associabile
 258 ad un dominio.
 259
 260 Si tenga presente che non tutte le famiglie di protocolli sono utilizzabili
 261 dall'utente generico, ad esempio in generale tutti i socket di tipo
 262 \const{SOCK\_RAW} possono essere creati solo da processi che hanno i privilegi
 263 di amministratore (cioè con \ids{UID} effettivo uguale a zero) o dotati della
 264 \textit{capability} \const{CAP\_NET\_RAW}.
 265
 266
 267 \subsection{Il tipo di socket}
 268 \label{sec:sock_type}
 269
 270 La scelta di un dominio non comporta però la scelta dello stile di
 271 comunicazione, questo infatti viene a dipendere dal protocollo che si andrà ad
 272 utilizzare fra quelli disponibili nella famiglia scelta. L'interfaccia dei
 273 socket permette di scegliere lo stile di comunicazione indicando il tipo di
 274 socket con l'argomento \param{type} di \func{socket}. Linux mette a
 275 disposizione vari tipi di socket (che corrispondono a quelli che il manuale
 276 della \acr{glibc} \cite{GlibcMan} chiama \textit{styles}) identificati dalle
 277 seguenti costanti:\footnote{le pagine di manuale POSIX riportano solo i primi
 278   tre tipi, Linux supporta anche gli altri, come si può verificare nel file
 279   \texttt{include/linux/net.h} dei sorgenti del kernel.}
 280
 281 \begin{basedescript}{\desclabelwidth{1.5cm}\desclabelstyle{\nextlinelabel}}
 282 \item[\constd{SOCK\_STREAM}] Provvede un canale di trasmissione dati
 283   bidirezionale, sequenziale e affidabile. Opera su una connessione con un
 284   altro socket. I dati vengono ricevuti e trasmessi come un flusso continuo di
 285   byte (da cui il nome \textit{stream}) e possono essere letti in blocchi di
 286   dimensioni qualunque. Può supportare la trasmissione dei cosiddetti dati
 287   urgenti (o \textit{out-of-band}, vedi sez.~\ref{sec:TCP_urgent_data}).
 288 \item[\constd{SOCK\_DGRAM}] Viene usato per trasmettere pacchetti di dati
 289   (\textit{datagram}) di lunghezza massima prefissata, indirizzati
 290   singolarmente. Non esiste una connessione e la trasmissione è effettuata in
 291   maniera non affidabile.
 292 \item[\constd{SOCK\_SEQPACKET}] Provvede un canale di trasmissione di dati
 293   bidirezionale, sequenziale e affidabile. Opera su una connessione con un
 294   altro socket. I dati possono vengono trasmessi per pacchetti di dimensione
 295   massima fissata, e devono essere letti integralmente da ciascuna chiamata a
 296   \func{read}.
 297 \item[\constd{SOCK\_RAW}] Provvede l'accesso a basso livello ai protocolli di
 298   rete e alle varie interfacce. I normali programmi di comunicazione non
 299   devono usarlo, è riservato all'uso di sistema.
 300 \item[\constd{SOCK\_RDM}] Provvede un canale di trasmissione di dati
 301   affidabile, ma in cui non è garantito l'ordine di arrivo dei pacchetti.
 302 \item[\constd{SOCK\_PACKET}] Obsoleto, non deve essere più usato (e pertanto
 303   non ne parleremo ulteriormente).
 304 \end{basedescript}
 305
 306 A partire dal kernel 2.6.27 l'argomento \param{type} della funzione
 307 \func{socket} assume un significato ulteriore perché può essere utlizzato per
 308 impostare dei flag relativi alle caratteristiche generali del \textit{socket}
 309 non strettamente attinenti all'indicazione del tipo secondo i valori appena
 310 illustrati. Essi infatti possono essere combinati con un OR aritmetico delle
 311 ulteriori costanti:
 312 \begin{basedescript}{\desclabelwidth{1.5cm}\desclabelstyle{\nextlinelabel}}
 313 \item[\constd{SOCK\_CLOEXEC}] imposta il flag di \textit{close-on-exec} sul
 314   file descriptor del socket, ottenendo lo stesso effetto del flag
 315   \const{O\_CLOEXEC} di \func{open} (vedi tab.~\ref{tab:open_operation_flag}),
 316   di cui costituisce l'analogo.
 317
 318 \item[\constd{SOCK\_NONBLOCK}] crea il socket in modalità non-bloccante, con
 319   effetti identici ad una successiva chiamata a \func{fcntl} per impostare il
 320   flag di \const{O\_NONBLOCK} sul file descriptor (si faccia di nuovo
 321   riferimenti al significato di quest'ultimo come spiegato in
 322   tab.~\ref{tab:open_operation_flag}).
 323 \end{basedescript}
 324
 325
 326 Si tenga presente inoltre che non tutte le combinazioni fra una famiglia di
 327 protocolli e un tipo di socket sono valide, in quanto non è detto che in una
 328 famiglia esista un protocollo per ciascuno dei diversi stili di comunicazione
 329 appena elencati.
 330
 331 \begin{table}[htb]
 332   \footnotesize
 333   \centering
 334   \begin{tabular}{|l|c|c|c|c|c|}
 335     \hline
 336     \multicolumn{1}{|c|}{\textbf{Famiglia}}&
 337     \multicolumn{5}{|c|}{\textbf{Tipo}}\\
 338     \hline
 339     \hline
 340     &\const{SOCK\_STREAM} &\const{SOCK\_DGRAM}     &\const{SOCK\_RAW}&
 341       \const{SOCK\_RDM}&\const{SOCK\_SEQPACKET} \\
 342      \hline
 343     \const{AF\_UNIX}     &  si & si  &  --  & -- &  si\footnotemark \\
 344      \hline
 345     \const{AF\_LOCAL}&\multicolumn{5}{|c|}{sinonimo di \const{AF\_UNIX}}\\
 346      \hline
 347     \const{AF\_INET}      & TCP & UDP & IPv4 & --  & --  \\
 348      \hline
 349     \const{AF\_INET6}     & TCP & UDP & IPv6 & --  & -- \\
 350      \hline
 351     \const{AF\_IPX}       & --  & --  &  --  & --  & -- \\
 352      \hline
 353     \const{AF\_NETLINK}   & --  & si  &  si  & --  & -- \\
 354      \hline
 355     \const{AF\_X25}       & --  & --  &  --  & --  & si \\
 356      \hline
 357     \const{AF\_AX25}      & --  & --  &  --  & --  & -- \\
 358      \hline
 359     \const{AF\_ATMPVC}    & --  & --  &  --  & --  & -- \\
 360      \hline
 361     \const{AF\_APPLETALK} & --  & si  &  si  & --  & -- \\
 362      \hline
 363     \const{AF\_PACKET}    & --  & si  &  si  & --  & -- \\
 364      \hline
 365   \end{tabular}
 366   \caption{Combinazioni valide di dominio e tipo di protocollo per la
 367     funzione \func{socket}.}
 368   \label{tab:sock_sock_valid_combinations}
 369 \end{table}
 370
 371 \footnotetext{supportati a partire dal kernel 2.6.4 per socket che conservano
 372   i limiti dei messaggi e li consegnano in sequenza ordinata.}
 373
 374 In tab.~\ref{tab:sock_sock_valid_combinations} sono mostrate le combinazioni
 375 valide possibili per le principali famiglie di protocolli. Per ogni
 376 combinazione valida si è indicato il tipo di protocollo, o la parola
 377 \textsl{si} qualora il protocollo non abbia un nome definito, mentre si sono
 378 lasciate vuote le caselle per le combinazioni non supportate.
 379
 380
 381 \section{Le strutture degli indirizzi dei socket}
 382 \label{sec:sock_sockaddr}
 383
 384 Come si è visto nella creazione di un socket non si specifica nulla oltre al
 385 tipo di famiglia di protocolli che si vuole utilizzare, in particolare nessun
 386 indirizzo che identifichi i due capi della comunicazione. La funzione infatti
 387 si limita ad allocare nel kernel quanto necessario per poter poi realizzare la
 388 comunicazione.
 389
 390 Gli indirizzi infatti vengono specificati attraverso apposite strutture che
 391 vengono utilizzate dalle altre funzioni della interfaccia dei socket, quando
 392 la comunicazione viene effettivamente realizzata.  Ogni famiglia di protocolli
 393 ha ovviamente una sua forma di indirizzamento e in corrispondenza a questa una
 394 sua peculiare struttura degli indirizzi. I nomi di tutte queste strutture
 395 iniziano per \var{sockaddr\_}; quelli propri di ciascuna famiglia vengono
 396 identificati dal suffisso finale, aggiunto al nome precedente.
 397
 398
 399 \subsection{La struttura generica}
 400 \label{sec:sock_sa_gen}
 401
 402 Le strutture degli indirizzi vengono sempre passate alle varie funzioni
 403 attraverso puntatori (cioè \textit{by reference}), ma le funzioni devono poter
 404 maneggiare puntatori a strutture relative a tutti gli indirizzi possibili
 405 nelle varie famiglie di protocolli; questo pone il problema di come passare
 406 questi puntatori, il C moderno risolve questo problema coi i puntatori
 407 generici (i \ctyp{void *}), ma l'interfaccia dei socket è antecedente alla
 408 definizione dello standard ANSI C, e per questo nel 1982 fu scelto di definire
 409 una struttura generica per gli indirizzi dei socket, \struct{sockaddr}, che si
 410 è riportata in fig.~\ref{fig:sock_sa_gen_struct}.
 411
 412 \begin{figure}[!htb]
 413   \footnotesize \centering
 414   \begin{minipage}[c]{0.80\textwidth}
 415     \includestruct{listati/sockaddr.h}
 416   \end{minipage}
 417   \caption{La struttura generica degli indirizzi dei socket
 418     \structd{sockaddr}.}
 419   \label{fig:sock_sa_gen_struct}
 420 \end{figure}
 421
 422 Tutte le funzioni dei socket che usano gli indirizzi sono definite usando nel
 423 prototipo un puntatore a questa struttura; per questo motivo quando si
 424 invocano dette funzioni passando l'indirizzo di un protocollo specifico
 425 occorrerà eseguire una conversione del relativo puntatore.
 426
 427 I tipi di dati che compongono la struttura sono stabiliti dallo standard
 428 POSIX.1g e li abbiamo riassunti in tab.~\ref{tab:sock_data_types} con i
 429 rispettivi file di include in cui sono definiti; la struttura è invece
 430 definita nell'include file \headfile{sys/socket.h}.
 431
 432 \begin{table}[!htb]
 433   \centering
 434   \footnotesize
 435   \begin{tabular}{|l|l|l|}
 436     \hline
 437     \multicolumn{1}{|c|}{\textbf{Tipo}}&
 438     \multicolumn{1}{|c|}{\textbf{Descrizione}}&
 439     \multicolumn{1}{|c|}{\textbf{Header}} \\
 440     \hline
 441     \hline
 442     \typed{int8\_t}   & intero a 8 bit con segno   & \headfile{sys/types.h}\\
 443     \typed{uint8\_t}  & intero a 8 bit senza segno & \headfile{sys/types.h}\\
 444     \typed{int16\_t}  & intero a 16 bit con segno  & \headfile{sys/types.h}\\
 445     \typed{uint16\_t} & intero a 16 bit senza segno& \headfile{sys/types.h}\\
 446     \typed{int32\_t}  & intero a 32 bit con segno  & \headfile{sys/types.h}\\
 447     \typed{uint32\_t} & intero a 32 bit senza segno& \headfile{sys/types.h}\\
 448     \hline
 449     \typed{sa\_family\_t} & famiglia degli indirizzi&\headfile{sys/socket.h}\\
 450     \typed{socklen\_t} & lunghezza (\type{uint32\_t}) dell'indirizzo di
 451     un socket& \headfile{sys/socket.h}\\
 452     \hline
 453     \typed{in\_addr\_t} & indirizzo IPv4 (\type{uint32\_t}) &
 454     \headfile{netinet/in.h}\\
 455     \typed{in\_port\_t} & porta TCP o UDP (\type{uint16\_t})&
 456     \headfile{netinet/in.h}\\
 457     \hline
 458   \end{tabular}
 459   \caption{Tipi di dati usati nelle strutture degli indirizzi, secondo quanto
 460     stabilito dallo standard POSIX.1g.}
 461   \label{tab:sock_data_types}
 462 \end{table}
 463
 464 In alcuni sistemi la struttura è leggermente diversa e prevede un primo membro
 465 aggiuntivo \code{uint8\_t sin\_len} (come riportato da R. Stevens in
 466 \cite{UNP1}). Questo campo non verrebbe usato direttamente dal programmatore e
 467 non è richiesto dallo standard POSIX.1g, in Linux pertanto non esiste. Il
 468 campo \type{sa\_family\_t} era storicamente un \ctyp{unsigned short}.
 469
 470 \begin{figure}[!htb]
 471   \footnotesize \centering
 472   \begin{minipage}[c]{0.80\textwidth}
 473     \includestruct{listati/sockaddr.h}
 474   \end{minipage}
 475   \caption{La struttura generica degli indirizzi dei socket
 476     \structd{sockaddr}.}
 477   \label{fig:sock_sa_gen_struct}
 478 \end{figure}
 479
 480 Dal punto di vista del programmatore l'unico uso di questa struttura è quello
 481 di fare da riferimento per il casting, per il kernel le cose sono un po'
 482 diverse, in quanto esso usa il puntatore per recuperare il campo
 483 \var{sa\_family}, comune a tutte le famiglie, con cui determinare il tipo di
 484 indirizzo; per questo motivo, anche se l'uso di un puntatore \ctyp{void *}
 485 sarebbe più immediato per l'utente (che non dovrebbe più eseguire il casting),
 486 è stato mantenuto l'uso di questa struttura.
 487
 488 Se si usa una struttura \struct{sockaddr} per allocare delle variabili
 489 generiche da usare in seguito per degli indirizzi si pone il problema che
 490 niente assicura che i dati necessari per le varie famiglie di indirizzi
 491 possano rientrare nella dimensione del campo \var{sa\_data} indicata in
 492 fig.~\ref{fig:sock_sa_gen_struct}, anzi, come vedremo in
 493 sez.~\ref{sec:sock_sa_ipv6}, nel caso di indirizzi IPv6 questa non è proprio
 494 sufficiente.
 495
 496 \begin{figure}[!htb]
 497   \footnotesize \centering
 498   \begin{minipage}[c]{0.90\textwidth}
 499     \includestruct{listati/sockaddr_storage.h}
 500   \end{minipage}
 501   \caption{La struttura generica degli indirizzi dei socket
 502     \structd{sockaddr\_storage}.}
 503   \label{fig:sock_sa_storage_struct}
 504 \end{figure}
 505
 506 Per questo l'interfaccia di programmazione dei socket prevede la defizione di
 507 una speciale struttura \struct{sockaddr\_storage} illustrata in
 508 fig.~\ref{fig:sock_sa_storage_struct}, in cui di nuovo si usa il primo campo
 509 (\var{ss\_family}) per indicare il tipo di indirizzo, ed in cui i campi
 510 successivi sono utilizzati per allineare i dati al tipo di architettura
 511 hardware utilizzata, e per allocare uno spazio sufficiente ampio per contenere
 512 qualunque tipo di indirizzo supportato. Allocando questa struttura si ha la
 513 certezza di non eccedere le dimensioni qualunque sia il tipo di indirizzi che
 514 si useranno, pertanto risulta utile tutte le volte che si devono gestire in
 515 maniera generica tipi di indirizzi diversi (ad esempio IPv4 ed IPv6).
 516
 517
 518 \subsection{La struttura degli indirizzi IPv4}
 519 \label{sec:sock_sa_ipv4}
 520
 521 I socket di tipo \const{AF\_INET} vengono usati per la comunicazione
 522 attraverso Internet; la struttura per gli indirizzi per un socket Internet (se
 523 si usa IPv4) è definita come \struct{sockaddr\_in} nell'header file
 524 \headfiled{netinet/in.h} ed ha la forma mostrata in
 525 fig.~\ref{fig:sock_sa_ipv4_struct}, conforme allo standard POSIX.1g.
 526
 527 \begin{figure}[!htb]
 528   \footnotesize\centering
 529   \begin{minipage}[c]{0.80\textwidth}
 530     \includestruct{listati/sockaddr_in.h}
 531   \end{minipage}
 532   \caption{La struttura \structd{sockaddr\_in} degli indirizzi dei socket
 533     Internet (IPv4) e la struttura \structd{in\_addr} degli indirizzi IPv4.}
 534   \label{fig:sock_sa_ipv4_struct}
 535 \end{figure}
 536
 537 L'indirizzo di un socket Internet (secondo IPv4) comprende l'indirizzo
 538 Internet di un'interfaccia più un \textsl{numero di porta} (affronteremo in
 539 dettaglio il significato di questi numeri in sez.~\ref{sec:TCP_port_num}).  Il
 540 protocollo IP di per sé non prevede numeri di porta, questi sono utilizzati
 541 solo dai protocolli di livello superiore come TCP e UDP, ma devono essere
 542 indicati qui. Inoltre questa struttura viene usata anche per i socket RAW che
 543 accedono direttamente al livello di IP, in questo caso il numero della porta
 544 deve essere impostato al numero di protocollo.
 545
 546 Il membro \var{sin\_family} deve essere sempre impostato a \constd{AF\_INET},
 547 altrimenti si avrà un errore di \errcode{EINVAL}; il membro \var{sin\_port}
 548 specifica il \textsl{numero di porta}. I numeri di porta sotto il 1024 sono
 549 chiamati \textsl{riservati} in quanto utilizzati da servizi standard e
 550 soltanto processi con i privilegi di amministratore (con \ids{UID} effettivo
 551 uguale a zero) o con la \textit{capability} \const{CAP\_NET\_BIND\_SERVICE}
 552 possono usare la funzione \func{bind} (che vedremo in
 553 sez.~\ref{sec:TCP_func_bind}) su queste porte.
 554
 555 Il membro \var{sin\_addr} contiene un indirizzo Internet, e viene acceduto sia
 556 come struttura (un resto di una implementazione precedente in cui questa era
 557 una \dirct{union} usata per accedere alle diverse classi di indirizzi) che
 558 direttamente come intero. In \headfile{netinet/in.h} vengono definite anche
 559 alcune costanti che identificano alcuni indirizzi speciali, riportati in
 560 tab.~\ref{tab:TCP_ipv4_addr}, che rincontreremo più avanti.
 561
 562 Infine occorre sottolineare che sia gli indirizzi che i numeri di porta devono
 563 essere specificati in quello che viene chiamato \textit{network order}, cioè
 564 con i bit ordinati in formato \textit{big endian} (vedi
 565 sez.~\ref{sec:endianness}), questo comporta la necessità di usare apposite
 566 funzioni di conversione per mantenere la portabilità del codice (vedi
 567 sez.~\ref{sec:sock_addr_func} per i dettagli del problema e le relative
 568 soluzioni).
 569
 570
 571 \subsection{La struttura degli indirizzi IPv6}
 572 \label{sec:sock_sa_ipv6}
 573
 574 Essendo IPv6 un'estensione di IPv4, i socket di tipo \const{AF\_INET6} sono
 575 sostanzialmente identici ai precedenti; la parte in cui si trovano
 576 praticamente tutte le differenze fra i due socket è quella della struttura
 577 degli indirizzi; la sua definizione, presa da \headfile{netinet/in.h}, è
 578 riportata in fig.~\ref{fig:sock_sa_ipv6_struct}.
 579
 580 \begin{figure}[!htb]
 581   \footnotesize \centering
 582   \begin{minipage}[c]{0.80\textwidth}
 583     \includestruct{listati/sockaddr_in6.h}
 584   \end{minipage}
 585   \caption{La struttura \structd{sockaddr\_in6} degli indirizzi dei socket
 586     IPv6 e la struttura \structd{in6\_addr} degli indirizzi IPv6.}
 587   \label{fig:sock_sa_ipv6_struct}
 588 \end{figure}
 589
 590 Il campo \var{sin6\_family} deve essere sempre impostato ad \constd{AF\_INET6},
 591 il campo \var{sin6\_port} è analogo a quello di IPv4 e segue le stesse regole;
 592 il campo \var{sin6\_flowinfo} è a sua volta diviso in tre parti di cui i 24
 593 bit inferiori indicano l'etichetta di flusso, i successivi 4 bit la priorità e
 594 gli ultimi 4 sono riservati. Questi valori fanno riferimento ad alcuni campi
 595 specifici dell'header dei pacchetti IPv6 (vedi sez.~\ref{sec:IP_ipv6head}) ed
 596 il loro uso è sperimentale.
 597
 598 Il campo \var{sin6\_addr} contiene l'indirizzo a 128 bit usato da IPv6,
 599 espresso da un vettore di 16 byte; anche in questo caso esistono alcuni valori
 600 predediniti, ma essendo il campo un vettore di byte non è possibile assegnarli
 601 con il calore di una costante. Esistono però le variabili predefinite
 602 \var{in6addr\_any} (che indica l'indirizzo generico) e \var{in6addr\_loopback}
 603 (che indica l'indirizzo di loopback) il cui valore può essere copiato in
 604 questo campo. A queste due variabili si aggiungono le macro
 605 \macrod{IN6ADDR\_ANY\_INIT} e \macrod{IN6ADDR\_LOOPBACK\_INIT} per effettuare
 606 delle assegnazioni statiche.
 607
 608 Infine il campo \var{sin6\_scope\_id} è un campo introdotto in Linux con il
 609 kernel 2.4, per gestire alcune operazioni riguardanti il
 610 \textit{multicasting}, è supportato solo per gli indirizzi di tipo
 611 \textit{link-local} (vedi sez.~\ref{sec:IP_ipv6_unicast}) e deve contenere
 612 l'\textit{interface index} (vedi sez.~\ref{sec:sock_ioctl_netdevice}) della
 613 scheda di rete.  Si noti infine che \struct{sockaddr\_in6} ha una dimensione
 614 maggiore della struttura \struct{sockaddr} generica di
 615 fig.~\ref{fig:sock_sa_gen_struct}, quindi occorre stare attenti a non avere
 616 fatto assunzioni riguardo alla possibilità di contenere i dati nelle
 617 dimensioni di quest'ultima (per questo se necessario è opportuno usare
 618 \struct{sockaddr\_storage}).
 619
 620
 621 \subsection{La struttura degli indirizzi locali}
 622 \label{sec:sock_sa_local}
 623
 624 I socket di tipo \const{AF\_UNIX} o \const{AF\_LOCAL} vengono usati per una
 625 comunicazione fra processi che stanno sulla stessa macchina (per questo
 626 vengono chiamati \textit{local domain} o anche \textit{Unix domain}); essi
 627 hanno la caratteristica ulteriore di poter essere creati anche in maniera
 628 anonima attraverso la funzione \func{socketpair} (che abbiamo trattato in
 629 sez.~\ref{sec:ipc_socketpair}).  Quando però si vuole fare riferimento
 630 esplicito ad uno di questi socket si deve usare una struttura degli indirizzi
 631 di tipo \struct{sockaddr\_un}, la cui definizione si è riportata in
 632 fig.~\ref{fig:sock_sa_local_struct}.
 633
 634 \begin{figure}[!htb]
 635   \footnotesize \centering
 636   \begin{minipage}[c]{0.80\textwidth}
 637     \includestruct{listati/sockaddr_un.h}
 638   \end{minipage}
 639   \caption{La struttura \structd{sockaddr\_un} degli indirizzi dei socket
 640     locali (detti anche \textit{unix domain}) definita in
 641     \headfiled{sys/un.h}.}
 642   \label{fig:sock_sa_local_struct}
 643 \end{figure}
 644
 645 In questo caso il campo \var{sun\_family} deve essere \constd{AF\_UNIX},
 646 mentre il campo \var{sun\_path} deve specificare un indirizzo. Questo ha due
 647 forme; può essere ``\textit{named}'' ed in tal caso deve corrispondere ad un
 648 file (di tipo socket) presente nel filesystem o essere ``\textit{abstract}''
 649 nel qual caso viene identificato da una stringa univoca in uno spazio di nomi
 650 astratto.
 651
 652 Nel primo caso l'indirizzo viene specificato in \var{sun\_path} come una
 653 stringa (terminata da uno zero) corrispondente al \textit{pathname} del file;
 654 nel secondo caso (che è specifico di Linux e non portabile) \var{sun\_path}
 655 deve iniziare con uno zero ed il nome verrà costituito dai restanti byte che
 656 verranno interpretati come stringa senza terminazione (un byte nullo non ha in
 657 questo caso nessun significato).
 658
 659 In realtà esiste una terza forma, \textit{unnamed}, che non è possibile
 660 indicare in fase di scrittura, ma che è quella che viene usata quando si legge
 661 l'indirizzo di un socket anonimo creato con \texttt{socketpair}; in tal caso
 662 la struttura restituita è di dimensione \code{sizeof(sa\_family\_t)}, quindi
 663 \var{sun\_path} non esiste e non deve essere referenziato.
 664
 665 \subsection{La struttura degli indirizzi AppleTalk}
 666 \label{sec:sock_sa_appletalk}
 667
 668 I socket di tipo \const{AF\_APPLETALK} sono usati dalla libreria
 669 \file{netatalk} per implementare la comunicazione secondo il protocollo
 670 AppleTalk, uno dei primi protocolli di rete usato nel mondo dei personal
 671 computer, usato dalla Apple per connettere fra loro computer e stampanti. Il
 672 kernel supporta solo due strati del protocollo, DDP e AARP, e di norma è
 673 opportuno usare le funzioni della libreria \texttt{netatalk}, tratteremo qui
 674 questo argomento principalmente per mostrare l'uso di un protocollo
 675 alternativo.
 676
 677 I socket AppleTalk permettono di usare il protocollo DDP, che è un protocollo
 678 a pacchetto, di tipo \const{SOCK\_DGRAM}; l'argomento \param{protocol} di
 679 \func{socket} deve essere nullo. È altresì possibile usare i socket raw
 680 specificando un tipo \const{SOCK\_RAW}, nel qual caso l'unico valore valido
 681 per \param{protocol} è \constd{ATPROTO\_DDP}.
 682
 683 Gli indirizzi AppleTalk devono essere specificati tramite una struttura
 684 \struct{sockaddr\_atalk}, la cui definizione è riportata in
 685 fig.~\ref{fig:sock_sa_atalk_struct}; la struttura viene dichiarata includendo
 686 il file \headfiled{netatalk/at.h}.
 687
 688 \begin{figure}[!htb]
 689   \footnotesize \centering
 690   \begin{minipage}[c]{0.80\textwidth}
 691     \includestruct{listati/sockaddr_atalk.h}
 692   \end{minipage}
 693   \caption{La struttura \structd{sockaddr\_atalk} degli indirizzi dei socket
 694     AppleTalk, e la struttura \structd{at\_addr} degli indirizzi AppleTalk.}
 695   \label{fig:sock_sa_atalk_struct}
 696 \end{figure}
 697
 698 Il campo \var{sat\_family} deve essere sempre \constd{AF\_APPLETALK}, mentre
 699 il campo \var{sat\_port} specifica la porta che identifica i vari
 700 servizi. Valori inferiori a 129 sono usati per le \textsl{porte riservate}, e
 701 possono essere usati solo da processi con i privilegi di amministratore o con
 702 la \textit{capability} \const{CAP\_NET\_BIND\_SERVICE}.
 703
 704 L'indirizzo remoto è specificato nella struttura \var{sat\_addr}, e deve
 705 essere in \textit{network order} (vedi sez.~\ref{sec:endianness}); esso è
 706 composto da un parte di rete data dal campo \var{s\_net}, che può assumere il
 707 valore \constd{AT\_ANYNET}, che indica una rete generica e vale anche per
 708 indicare la rete su cui si è, il singolo nodo è indicato da \var{s\_node}, e
 709 può prendere il valore generico \constd{AT\_ANYNODE} che indica anche il nodo
 710 corrente, ed il valore \constd{ATADDR\_BCAST} che indica tutti i nodi della
 711 rete.
 712
 713
 714 \subsection{La struttura degli indirizzi dei \textit{packet socket}}
 715 \label{sec:sock_sa_packet}
 716
 717 I \textit{packet socket}, identificati dal dominio \const{AF\_PACKET}, sono
 718 un'interfaccia specifica di Linux per inviare e ricevere pacchetti
 719 direttamente su un'interfaccia di rete, senza passare per le funzioni di
 720 gestione dei protocolli di livello superiore. In questo modo è possibile
 721 implementare dei protocolli in user space, agendo direttamente sul livello
 722 fisico. In genere comunque si preferisce usare la libreria
 723 \file{pcap},\footnote{la libreria è mantenuta insieme al comando
 724   \cmd{tcpdump}, informazioni e documentazione si possono trovare sul sito del
 725   progetto \url{http://www.tcpdump.org/}.}  che assicura la portabilità su
 726 altre piattaforme, anche se con funzionalità ridotte.
 727
 728 Questi socket possono essere di tipo \const{SOCK\_RAW} o \const{SOCK\_DGRAM}.
 729 Con socket di tipo \const{SOCK\_RAW} si può operare sul livello di
 730 collegamento, ed i pacchetti vengono passati direttamente dal socket al driver
 731 del dispositivo e viceversa.  In questo modo, in fase di trasmissione, il
 732 contenuto completo dei pacchetti, comprese le varie intestazioni, deve essere
 733 fornito dall'utente. In fase di ricezione invece tutto il contenuto del
 734 pacchetto viene passato inalterato sul socket, anche se il kernel analizza
 735 comunque il pacchetto, riempiendo gli opportuni campi della struttura
 736 \struct{sockaddr\_ll} ad esso associata.
 737
 738 Si usano invece socket di tipo \const{SOCK\_DGRAM} quando si vuole operare a
 739 livello di rete.
 740
 741 In questo caso in fase di ricezione l'intestazione del protocollo di
 742 collegamento viene rimossa prima di passare il resto del pacchetto all'utente,
 743 mentre in fase di trasmissione viene creata una opportuna intestazione per il
 744 protocollo a livello di collegamento utilizzato, usando le informazioni
 745 necessarie che devono essere specificate sempre con una struttura
 746 \struct{sockaddr\_ll}.
 747
 748 Nella creazione di un \textit{packet socket} il valore dell'argomento
 749 \param{protocol} di \func{socket} serve a specificare, in \textit{network
 750   order}, il numero identificativo del protocollo di collegamento si vuole
 751 utilizzare. I valori possibili sono definiti secondo lo standard IEEE 802.3, e
 752 quelli disponibili in Linux sono accessibili attraverso opportune costanti
 753 simboliche definite nel file \file{linux/if\_ether.h}. Se si usa il valore
 754 speciale \constd{ETH\_P\_ALL} passeranno sul \textit{packet socket} tutti i
 755 pacchetti, qualunque sia il loro protocollo di collegamento. Ovviamente l'uso
 756 di questi socket è una operazione privilegiata e può essere effettuati solo da
 757 un processo con i privilegi di amministratore (\ids{UID} effettivo nullo) o
 758 con la \textit{capability} \const{CAP\_NET\_RAW}.
 759
 760 Una volta aperto un \textit{packet socket}, tutti i pacchetti del protocollo
 761 specificato passeranno attraverso di esso, qualunque sia l'interfaccia da cui
 762 provengono; se si vuole limitare il passaggio ad una interfaccia specifica
 763 occorre usare la funzione \func{bind} (vedi sez.~\ref{sec:TCP_func_bind}) per
 764 agganciare il socket a quest'ultima.
 765
 766 \begin{figure}[!htb]
 767   \footnotesize \centering
 768   \begin{minipage}[c]{\textwidth}
 769     \includestruct{listati/sockaddr_ll.h}
 770   \end{minipage}
 771   \caption{La struttura \structd{sockaddr\_ll} degli indirizzi dei
 772     \textit{packet socket}.}
 773   \label{fig:sock_sa_packet_struct}
 774 \end{figure}
 775
 776 Nel caso dei \textit{packet socket} la struttura degli indirizzi è di tipo
 777 \struct{sockaddr\_ll}, e la sua definizione è riportata in
 778 fig.~\ref{fig:sock_sa_packet_struct}; essa però viene ad assumere un ruolo
 779 leggermente diverso rispetto a quanto visto finora per gli altri tipi di
 780 socket.  Infatti se il socket è di tipo \const{SOCK\_RAW} si deve comunque
 781 scrivere tutto direttamente nel pacchetto, quindi la struttura non serve più a
 782 specificare gli indirizzi. Essa mantiene questo ruolo solo per i socket di
 783 tipo \const{SOCK\_DGRAM}, per i quali permette di specificare i dati necessari
 784 al protocollo di collegamento, mentre viene sempre utilizzata in lettura (per
 785 entrambi i tipi di socket), per la ricezione dei dati relativi a ciascun
 786 pacchetto.
 787
 788 Al solito il campo \var{sll\_family} deve essere sempre impostato al valore
 789 \constd{AF\_PACKET}. Il campo \var{sll\_protocol} indica il protocollo scelto,
 790 e deve essere indicato in \textit{network order}, facendo uso delle costanti
 791 simboliche definite in \file{linux/if\_ether.h}. Il campo \var{sll\_ifindex} è
 792 l'indice dell'interfaccia (l'\textit{inxterface index} (vedi
 793 sez.~\ref{sec:sock_ioctl_netdevice}) che in caso di presenza di più
 794 interfacce dello stesso tipo (se ad esempio si hanno più schede Ethernet),
 795 permette di selezionare quella con cui si vuole operare (un valore nullo
 796 indica qualunque interfaccia).  Questi sono i due soli campi che devono essere
 797 specificati quando si vuole selezionare una interfaccia specifica, usando
 798 questa struttura con la funzione \func{bind}.
 799
 800 I campi \var{sll\_halen} e \var{sll\_addr} indicano rispettivamente
 801 l'indirizzo associato all'interfaccia sul protocollo di collegamento e la
 802 relativa lunghezza; ovviamente questi valori cambiano a seconda del tipo di
 803 collegamento che si usa, ad esempio, nel caso di Ethernet, questi saranno il
 804 MAC address della scheda e la relativa lunghezza. Essi vengono usati, insieme
 805 ai campi \var{sll\_family} e \var{sll\_ifindex} quando si inviano dei
 806 pacchetti, in questo caso tutti gli altri campi devono essere nulli.
 807
 808 Il campo \var{sll\_hatype} indica il tipo ARP, come definito in
 809 \file{linux/if\_arp.h}, mentre il campo \var{sll\_pkttype} indica il tipo di
 810 pacchetto; entrambi vengono impostati alla ricezione di un pacchetto ed han
 811 senso solo in questo caso. In particolare \var{sll\_pkttype} può assumere i
 812 seguenti valori: \constd{PACKET\_HOST} per un pacchetto indirizzato alla
 813 macchina ricevente, \constd{PACKET\_BROADCAST} per un pacchetto di
 814 \textit{broadcast}, \constd{PACKET\_MULTICAST} per un pacchetto inviato ad un
 815 indirizzo fisico di \textit{multicast}, \constd{PACKET\_OTHERHOST} per un
 816 pacchetto inviato ad un'altra stazione (e ricevuto su un'interfaccia in modo
 817 promiscuo), \constd{PACKET\_OUTGOING} per un pacchetto originato dalla propria
 818 macchina che torna indietro sul socket.
 819
 820 Si tenga presente infine che in fase di ricezione, anche se si richiede il
 821 troncamento del pacchetto, le funzioni \func{recv}, \func{recvfrom} e
 822 \func{recvmsg} (vedi sez.~\ref{sec:net_sendmsg}) restituiranno comunque la
 823 lunghezza effettiva del pacchetto così come arrivato sulla linea.
 824
 825 %% \subsection{La struttura degli indirizzi DECnet}
 826 %% \label{sec:sock_sa_decnet}
 827
 828 %% I socket di tipo \const{AF\_DECnet} usano il protocollo DECnet, usato dai VAX
 829 %% Digital sotto VMS quando ancora il TCP/IP non era diventato lo standard di
 830 %% fatto. Il protocollo è un protocollo chiuso, ed il suo uso attuale è limitato
 831 %% alla comunicazione con macchine che stanno comunque scomparendo. Lo si riporta
 832 %% solo come esempio
 833
 834
 835 % TODO aggiungere AF_CAN, vedi http://lwn.net/Articles/253425, dal 2.6.25 ?
 836
 837 % TODO: trattare i socket RDS, vedi documentazione del kernel, file
 838 % Documentation/networking/rds.txt
 839
 840
 841
 842 \section{Le funzioni di conversione degli indirizzi}
 843 \label{sec:sock_addr_func}
 844
 845 In questa sezione tratteremo delle varie funzioni usate per manipolare gli
 846 indirizzi, limitandoci però agli indirizzi Internet.  Come accennato gli
 847 indirizzi e i numeri di porta usati nella rete devono essere forniti nel
 848 cosiddetto \textit{network order}, che corrisponde al formato \textit{big
 849   endian} (vedi sez.~\ref{sec:endianness}), anche quando la proprio macchina
 850 non usa questo formato, cosa che può comportare la necessità di eseguire delle
 851 conversioni.
 852
 853
 854 \subsection{Le funzioni per il riordinamento}
 855 \label{sec:sock_func_ord}
 856
 857 Come già visto in sez.~\ref{sec:endianness} il problema connesso
 858 all'\textit{endianness} è che quando si passano dei dati da un tipo di
 859 architettura all'altra i dati vengono interpretati in maniera diversa, e ad
 860 esempio nel caso dell'intero a 16 bit ci si ritroverà con i due byte in cui è
 861 suddiviso scambiati di posto.
 862
 863 Per questo motivo si usano delle funzioni di conversione che servono a tener
 864 conto automaticamente della possibile differenza fra l'ordinamento usato sul
 865 computer e quello che viene usato nelle trasmissione sulla rete; queste
 866 funzioni sono \funcd{htonl}, \funcd{htons}, \funcd{ntohl} e \funcd{ntohs} ed i
 867 rispettivi prototipi sono:
 868
 869 \begin{funcproto}{
 870 \fhead{arpa/inet.h}
 871 \fdecl{unsigned long int htonl(unsigned long int hostlong)}
 872 \fdesc{Converte l'intero a 32 bit \param{hostlong} dal formato della macchina a
 873   quello della rete.}
 874 \fdecl{unsigned short int htons(unsigned short int hostshort)}
 875 \fdesc{Converte l'intero a 16 bit \param{hostshort} dal formato della macchina a
 876   quello della rete.}
 877 \fdecl{unsigned long int ntohl(unsigned long int netlong)}
 878 \fdesc{Converte l'intero a 32 bit \param{netlong} dal formato della rete a
 879   quello della macchina.}
 880 \fdecl{unsigned sort int ntohs(unsigned short int netshort)}
 881 \fdesc{Converte l'intero a 16 bit \param{netshort} dal formato della rete a
 882   quello della macchina.}
 883 }
 884
 885 {Tutte le funzioni restituiscono il valore convertito, e non prevedono
 886   errori.}
 887 \end{funcproto}
 888
 889 I nomi sono assegnati usando la lettera \texttt{n} come mnemonico per indicare
 890 l'ordinamento usato sulla rete (da \textit{network order}) e la lettera
 891 \texttt{h} come mnemonico per l'ordinamento usato sulla macchina locale (da
 892 \textit{host order}), mentre le lettere \texttt{s} e \texttt{l} stanno ad
 893 indicare i tipi di dato (\ctyp{long} o \ctyp{short}, riportati anche dai
 894 prototipi).
 895
 896 Usando queste funzioni si ha la conversione automatica: nel caso in cui la
 897 macchina che si sta usando abbia una architettura \textit{big endian} queste
 898 funzioni sono definite come macro che non fanno nulla. Per questo motivo vanno
 899 sempre utilizzate, anche quando potrebbero non essere necessarie, in modo da
 900 assicurare la portabilità del codice su tutte le architetture.
 901
 902
 903 \subsection{Le funzioni di conversione per gli indirizzi IPv4}
 904 \label{sec:sock_func_ipv4}
 905
 906 Un secondo insieme di funzioni di manipolazione è quello che serve per passare
 907 dalla rappresentazione simbolica degli indirizzi IP al formato binario
 908 previsto dalla struttura degli indirizzi di
 909 fig.~\ref{fig:sock_sa_ipv4_struct}, e viceversa. La notazione più comune è la
 910 cosiddetta notazione \itindex{dotted-decimal} \textit{dotted-decimal}, che
 911 prevede che gli indirizzi IPv4 siano indicati con l'espressione del valore
 912 numerico decimale di ciascuno dei 4 byte che li costituiscono separati da un
 913 punto (ad esempio \texttt{192.168.0.1}).
 914
 915 In realtà le funzioni che illustreremo supportano una notazione che più
 916 propriamente dovrebbe esser chiamata \textit{numbers-and-dot} in quanto il
 917 valore può essere indicato con numeri espressi sia in decimale, che in ottale
 918 (se indicati apponendo uno zero) che in esadecimale (se indicati apponendo
 919 \texttt{0x}). Inoltre per la parte meno significativa dell'espressione, quella
 920 che riguarda l'indirizzo locale, si può usare, eliminando altrettanti punti,
 921 valori a 16 o a 24 bit, e togliendo tutti i punti, si può usare anche
 922 direttamente un valore numerico a 32 bit.\footnote{la funzionalità si trova
 923   anche in gran parte dei programmi che usano indirizzi di rete, e deriva
 924   direttamente da queste funzioni.}
 925
 926 Tradizionalmente la conversione di un indirizzo \textit{dotted-decimal} al
 927 valore numerico veniva eseguita dalla funzione \funcd{inet\_addr} (prevista
 928 fin dalle origini in BSD e inclusa in POSIX.1-2001) il cui prototipo è:
 929
 930 \begin{funcproto}{
 931 \fhead{arpa/inet.h}
 932 \fdecl{in\_addr\_t inet\_addr(const char *strptr)}
 933 \fdesc{Converte la stringa dell'indirizzo \textit{dotted decimal} in nel
 934   numero IP in network order.}
 935 }
 936
 937 {La funzione ritorna il valore dell'indirizzo in caso di successo e
 938   \const{INADDR\_NONE} per un errore e non genera codici di errore.}
 939 \end{funcproto}
 940
 941 La prima funzione, \func{inet\_addr}, restituisce l'indirizzo a 32 bit in
 942 \textit{network order} (del tipo \type{in\_addr\_t}) a partire dalla stringa
 943 passata nell'argomento \param{strptr}. In caso di errore (quando la stringa
 944 non esprime un indirizzo valido) restituisce invece il valore
 945 \const{INADDR\_NONE}, che tipicamente sono trentadue bit a uno.  Questo però
 946 comporta che la stringa \texttt{255.255.255.255}, che pure è un indirizzo
 947 valido, non può essere usata con questa funzione dato che genererebe comunque
 948 un errore; per questo motivo essa è generalmente deprecata in favore di
 949 \func{inet\_aton}.
 950
 951 Per effettuare la conversione inversa la funzione usata tradizionalmente è
 952 \funcd{inet\_ntoa}, anch'essa presente fin da BSD 4.3, in cui si riprende la
 953 notazione già vista in sez.~\ref{sec:sock_func_ord} che usa la lettera
 954 \texttt{n} come mnemonico per indicare la rete ed \texttt{a} (per ASCII) come
 955 mnemonico per indicare la stringa corrispodente all'indirizzo; il suo
 956 prototipo è:
 957
 958 \begin{funcproto}{
 959 \fhead{arpa/inet.h}
 960 \fdecl{char *inet\_ntoa(struct in\_addr addrptr)}
 961 \fdesc{Converte un indirizzo IP in una stringa \textit{dotted decimal}.}
 962 }
 963
 964 {La funzione l'indirizzo della stringa con il valore dell'indirizzo convertito
 965   e non prevede errori.}
 966 \end{funcproto}
 967
 968 La funzione converte il valore a 32 bit dell'indirizzo, espresso in
 969 \textit{network order}, e preso direttamente con un puntatore al relativo
 970 campo della struttura degli indirizzi, restituendo il puntatore alla stringa
 971 che contiene l'espressione in formato \textit{dotted-decimal}. Si deve tenere
 972 presente che la stringa risiede in un segmento di memoria statica, per cui
 973 viene riscritta ad ogni chiamata e la funzione non è rientrante.
 974
 975 Per rimediare ai problemi di \funcd{inet\_addr} è stata sostituita da
 976 \funcd{inet\_aton}, che però non è stata standardizzata e non è presente in
 977 POSIX.1-2001, anche se è definita sulla gran parte dei sistemi Unix; il suo
 978 prototipo è:
 979
 980 \begin{funcproto}{
 981 \fhead{arpa/inet.h}
 982 \fdecl{int inet\_aton(const char *src, struct in\_addr *dest)}
 983 \fdesc{Converte la stringa dell'indirizzo \textit{dotted decimal} in un
 984   indirizzo IP.}
 985 }
 986
 987 {La funzione ritorna un valore non nullo in caso di successo e $0$ per un
 988   errore e non genera codici di errore.}
 989 \end{funcproto}
 990
 991 La funzione converte la stringa puntata da \param{src} nell'indirizzo binario
 992 che viene memorizzato nell'opportuna struttura \struct{in\_addr} (si veda
 993 fig.~\ref{fig:sock_sa_ipv4_struct}) situata all'indirizzo dato
 994 dall'argomento \param{dest} (è espressa in questa forma in modo da poterla
 995 usare direttamente con il puntatore usato per passare la struttura degli
 996 indirizzi). La funzione restituisce un valore diverso da zero se l'indirizzo è
 997 valido e la conversione ha successo e 0 in caso contrario. Se usata
 998 con \param{dest} inizializzato a \val{NULL} può essere usata per effettuare la
 999 validazione dell'indirizzo espresso da \param{src}.
1000
1001 Oltre a queste tre funzioni esistono le ulteriori \funcm{inet\_lnaof},
1002 \funcm{inet\_netof} e \funcm{inet\_makeaddr} che assumono la ormai obsoleta e
1003 deprecata suddivisione in classi degli indirizzi IP per fornire la parte di
1004 rete e quella di indirizzo locale. Ad oggi il loro uso non ha più alcun senso
1005 per ciò non le tratteremo.
1006
1007
1008 \subsection{Le funzioni di conversione per indirizzi IP generici}
1009 \label{sec:sock_conv_func_gen}
1010
1011 Le tre funzioni precedenti sono limitate solo ad indirizzi IPv4, per questo
1012 motivo è preferibile usare le due nuove funzioni \func{inet\_pton} e
1013 \func{inet\_ntop} che possono convertire anche gli indirizzi IPv6. Anche in
1014 questo caso le lettere \texttt{n} e \texttt{p} sono degli mnemonici per
1015 ricordare il tipo di conversione effettuata e stanno per \textit{presentation}
1016 e \textit{numeric}.
1017
1018 Entrambe le funzioni accettano l'argomento \param{af} che indica il tipo di
1019 indirizzo, e che può essere soltanto \const{AF\_INET} o \const{AF\_INET6}. La
1020 prima funzione, \funcd{inet\_pton}, serve a convertire una stringa in un
1021 indirizzo; il suo prototipo è:
1022
1023 \begin{funcproto}{
1024 \fhead{sys/socket.h}
1025 \fdecl{int inet\_pton(int af, const char *src, void *addr\_ptr)}
1026 \fdesc{Converte l'indirizzo espresso tramite una stringa nel valore numerico.}
1027 }
1028
1029 {La funzione ritorna $1$ in caso di successo, $0$ se \param{src} non contiene
1030   una rappresentazione valida per la famiglia di indirizzi indicati
1031   da \param{af} e $-1$ se \param{af} specifica una famiglia di indirizzi non
1032   valida, e solo in quest'ultimo caso  \var{errno} assumerà il valore
1033   \errcode{EAFNOSUPPORT}.
1034 }
1035 \end{funcproto}
1036
1037 La funzione converte la stringa indicata tramite \param{src} nel valore
1038 numerico dell'indirizzo IP del tipo specificato da \param{af} che viene
1039 memorizzato all'indirizzo puntato da \param{addr\_ptr}. La funzione supporta
1040 per IPv4 la sola notazione \textit{dotted-decimal}, e non quella più completa
1041 \textit{number-and-dot} che abbiamo visto per \func{inet\_aton}. Per IPv6 la
1042 notazione prevede la suddivisione dei 128 bit dell'indirizzo in 16 parti di 16
1043 bit espresse con valori esadecimali separati dal carattere ``\texttt{:}'' ed
1044 una serie di valori nulli possono essere sostituiti (una sola volta, sempre a
1045 partire dalla sinistra) con la notazione ``\texttt{::}'', un esempio di
1046 indirizzo in questa forma potrebbe essere \texttt{2001:db8::8:ba98:2078:e3e3},
1047 per una descrizione più completa si veda sez.~\ref{sec:IP_ipv6_notation}.
1048
1049 La seconda funzione di conversione è \funcd{inet\_ntop} che converte un
1050 indirizzo in una stringa; il suo prototipo è:
1051
1052 \begin{funcproto}{
1053 \fhead{sys/socket.h}
1054 \fdecl{char *inet\_ntop(int af, const void *addr\_ptr, char *dest, size\_t len)}
1055 \fdesc{Converte l'indirizzo dalla relativa struttura in una stringa simbolica.}
1056 }
1057
1058 {La funzione ritorna un puntatore non nullo alla stringa convertita in caso di
1059   successo e \val{NULL} per un errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno
1060   dei valori:
1061   \begin{errlist}
1062     \item[\errcode{ENOSPC}] le dimensioni della stringa con la conversione
1063       dell'indirizzo eccedono la lunghezza specificata da \param{len}.
1064     \item[\errcode{ENOAFSUPPORT}] la famiglia di indirizzi \param{af} non è
1065       una valida.
1066   \end{errlist}
1067 }
1068 \end{funcproto}
1069
1070
1071 La funzione converte la struttura dell'indirizzo puntata da \param{addr\_ptr}
1072 in una stringa che viene copiata nel buffer puntato dall'indirizzo
1073 \param{dest}; questo deve essere preallocato dall'utente e la lunghezza deve
1074 essere almeno \constd{INET\_ADDRSTRLEN} in caso di indirizzi IPv4 e
1075 \constd{INET6\_ADDRSTRLEN} per indirizzi IPv6; la lunghezza del buffer deve
1076 comunque essere specificata con il parametro \param{len}.
1077
1078 Gli indirizzi vengono convertiti da/alle rispettive strutture di indirizzo
1079 (una struttura \struct{in\_addr} per IPv4, e una struttura \struct{in6\_addr}
1080 per IPv6), che devono essere precedentemente allocate e passate attraverso il
1081 puntatore \param{addr\_ptr}; l'argomento \param{dest} di \func{inet\_ntop} non
1082 può essere nullo e deve essere allocato precedentemente.
1083
1084
1085
1086
1087
1088 % LocalWords:  socket sez cap BSD SVr XTI Transport Interface TCP stream UDP PF
1089 % LocalWords:  datagram broadcast descriptor sys int domain type protocol errno
1090 % LocalWords:  EPROTONOSUPPORT ENFILE kernel EMFILE EACCES EINVAL ENOBUFS raw
1091 % LocalWords:  ENOMEM table family AF address name glibc UNSPEC LOCAL Local IPv
1092 % LocalWords:  communication INET protocols ip AX Amateur IPX Novell APPLETALK
1093 % LocalWords:  Appletalk ddp NETROM NetROM Multiprotocol ATMPVC Access to ATM
1094 % LocalWords:  PVCs ITU ipv PLP DECnet Reserved for project NETBEUI LLC KEY key
1095 % LocalWords:  SECURITY Security callback NETLINK interface device netlink Low
1096 % LocalWords:  PACKET level packet ASH Ash ECONET Acorn Econet ATMSVC SVCs SNA
1097 % LocalWords:  IRDA PPPOX PPPoX WANPIPE Wanpipe BLUETOOTH Bluetooth POSIX bits
1098 % LocalWords:  dall'header tab SOCK capabilities capability styles DGRAM read
1099 % LocalWords:  SEQPACKET RDM sockaddr reference void fig Header uint socklen at
1100 % LocalWords:  addr netinet port len Stevens unsigned short casting nell'header
1101 % LocalWords:  BIND SERVICE bind union order big endian flowinfo dell'header ll
1102 % LocalWords:  multicast multicasting local socketpair sun path filesystem AARP
1103 % LocalWords:  pathname AppleTalk netatalk personal Apple ATPROTO atalk sat if
1104 % LocalWords:  ANYNET node ANYNODE ATADDR BCAST pcap IEEE linux ether ETH ALL
1105 % LocalWords:  sll ifindex ethernet halen MAC hatype ARP arp pkttype HOST recv
1106 % LocalWords:  OTHERHOST OUTGOING recvfrom recvmsg endianness little endtest Mac
1107 % LocalWords:  Intel Digital Motorola IBM VME PowerPC l'Intel xABCD ptr htonl
1108 % LocalWords:  htons ntohl ntohs long hostlong hostshort netlong
1109 % LocalWords:  sort netshort host inet aton ntoa dotted decimal const char src
1110 % LocalWords:  strptr struct dest addrptr INADDR NULL pton ntop presentation af
1111 % LocalWords:  numeric EAFNOSUPPORT size ENOSPC ENOAFSUPPORT ADDRSTRLEN ROUTE
1112 % LocalWords:  of tcpdump page
1113
1114
1115 %%% Local Variables:
1116 %%% mode: latex
1117 %%% TeX-master: "gapil"
1118 %%% End: