socket.tex

   1 %% socket.tex
   2 %%
   3 %% Copyright (C) 2000-2016 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 \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{PF\_UNSPEC}   & 0& Non specificato               &            \\
 203        \constd{PF\_LOCAL}    & 1& Local communication           & unix(7)    \\
 204        \constd{PF\_UNIX}, \constd{PF\_FILE}&1&Sinonimi di \const{PF\_LOCAL}& \\
 205        \constd{PF\_INET}     & 2& IPv4 Internet protocols       & ip(7)      \\
 206        \constd{PF\_AX25}     & 3& Amateur radio AX.25 protocol  &            \\
 207        \constd{PF\_IPX}      & 4& IPX - Novell protocols        &            \\
 208        \constd{PF\_APPLETALK}& 5& Appletalk                     & ddp(7)     \\
 209        \constd{PF\_NETROM}   & 6& Amateur radio NetROM          &            \\
 210        \constd{PF\_BRIDGE}   & 7& Multiprotocol bridge          &            \\
 211        \constd{PF\_ATMPVC}   & 8& Access to raw ATM PVCs        &            \\
 212        \constd{PF\_X25}      & 9& ITU-T X.25 / ISO-8208 protocol& x25(7)     \\
 213        \constd{PF\_INET6}    &10& IPv6 Internet protocols       & ipv6(7)    \\
 214        \constd{PF\_ROSE}     &11& Amateur Radio X.25 PLP        &            \\
 215        \constd{PF\_DECnet}   &12& Reserved for DECnet project   &            \\
 216        \constd{PF\_NETBEUI}  &13& Reserved for 802.2LLC project &            \\
 217        \constd{PF\_SECURITY} &14& Security callback pseudo AF   &            \\
 218        \constd{PF\_KEY}      &15& PF\_KEY key management API    &            \\
 219        \constd{PF\_NETLINK}  &16& Kernel user interface device  & netlink(7) \\
 220        \constd{PF\_ROUTE}    &16& Sinonimo di \const{PF\_NETLINK} emula BSD.&\\
 221        \constd{PF\_PACKET}   &17& Low level packet interface    & packet(7)  \\
 222        \constd{PF\_ASH}      &18& Ash                           &    \\
 223        \constd{PF\_ECONET}   &19& Acorn Econet                  &    \\
 224        \constd{PF\_ATMSVC}   &20& ATM SVCs                      &    \\
 225        \constd{PF\_SNA}      &22& Linux SNA Project             &    \\
 226        \constd{PF\_IRDA}     &23& IRDA socket (infrarossi)      &    \\
 227        \constd{PF\_PPPOX}    &24& PPPoX socket                  &    \\
 228        \constd{PF\_WANPIPE}  &25& Wanpipe API socket            &    \\
 229        \constd{PF\_LLC}      &26& Linux LLC                     &    \\
 230        \constd{PF\_CAN}      &29& Controller Are Network        &    \\
 231        \constd{PF\_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 % TODO aggiungere PF_CAN, vedi http://lwn.net/Articles/253425, dal 2.6.25
 239
 240 L'idea alla base della distinzione fra questi due insiemi di costanti era che
 241 una famiglia di protocolli potesse supportare vari tipi di indirizzi, per cui
 242 il prefisso \texttt{PF\_} si sarebbe dovuto usare nella creazione dei socket e
 243 il prefisso \texttt{AF\_} in quello delle strutture degli indirizzi. Questo è
 244 quanto specificato anche dallo standard POSIX.1g, ma non esistono a tuttora
 245 famiglie di protocolli che supportino diverse strutture di indirizzi, per cui
 246 nella pratica questi due nomi sono equivalenti e corrispondono agli stessi
 247 valori numerici.\footnote{in Linux, come si può verificare andando a guardare
 248   il contenuto di \file{bits/socket.h}, le costanti sono esattamente le stesse
 249   e ciascuna \texttt{AF\_} è definita alla corrispondente \texttt{PF\_} e con
 250   lo stesso nome.} Qui si sono indicati i nomi con il prefisso \texttt{AF\_}
 251 seguendo la convenzione usata nelle pagine di manuale.
 252
 253 I domini (e i relativi nomi simbolici), così come i nomi delle famiglie di
 254 indirizzi, sono definiti dall'\textit{header file} \headfiled{socket.h}. Un
 255 elenco delle famiglie di protocolli disponibili in Linux è riportato in
 256 tab.~\ref{tab:net_pf_names}. L'elenco indica tutti i protocolli definiti; fra
 257 questi però saranno utilizzabili solo quelli per i quali si è compilato il
 258 supporto nel kernel (o si sono caricati gli opportuni moduli), viene definita
 259 anche una costante \constd{PF\_MAX} che indica il valore massimo associabile
 260 ad un dominio.
 261
 262 Si tenga presente che non tutte le famiglie di protocolli sono utilizzabili
 263 dall'utente generico, ad esempio in generale tutti i socket di tipo
 264 \const{SOCK\_RAW} possono essere creati solo da processi che hanno i privilegi
 265 di amministratore (cioè con \ids{UID} effettivo uguale a zero) o dotati della
 266 \textit{capability} \const{CAP\_NET\_RAW}.
 267
 268
 269 \subsection{Il tipo di socket}
 270 \label{sec:sock_type}
 271
 272 La scelta di un dominio non comporta però la scelta dello stile di
 273 comunicazione, questo infatti viene a dipendere dal protocollo che si andrà ad
 274 utilizzare fra quelli disponibili nella famiglia scelta. L'interfaccia dei
 275 socket permette di scegliere lo stile di comunicazione indicando il tipo di
 276 socket con l'argomento \param{type} di \func{socket}. Linux mette a
 277 disposizione vari tipi di socket (che corrispondono a quelli che il manuale
 278 della \acr{glibc} \cite{GlibcMan} chiama \textit{styles}) identificati dalle
 279 seguenti costanti:\footnote{le pagine di manuale POSIX riportano solo i primi
 280   tre tipi, Linux supporta anche gli altri, come si può verificare nel file
 281   \texttt{include/linux/net.h} dei sorgenti del kernel.}
 282
 283 \begin{basedescript}{\desclabelwidth{1.5cm}\desclabelstyle{\nextlinelabel}}
 284 \item[\constd{SOCK\_STREAM}] Provvede un canale di trasmissione dati
 285   bidirezionale, sequenziale e affidabile. Opera su una connessione con un
 286   altro socket. I dati vengono ricevuti e trasmessi come un flusso continuo di
 287   byte (da cui il nome \textit{stream}) e possono essere letti in blocchi di
 288   dimensioni qualunque. Può supportare la trasmissione dei cosiddetti dati
 289   urgenti (o \textit{out-of-band}, vedi sez.~\ref{sec:TCP_urgent_data}).
 290 \item[\constd{SOCK\_DGRAM}] Viene usato per trasmettere pacchetti di dati
 291   (\textit{datagram}) di lunghezza massima prefissata, indirizzati
 292   singolarmente. Non esiste una connessione e la trasmissione è effettuata in
 293   maniera non affidabile.
 294 \item[\constd{SOCK\_SEQPACKET}] Provvede un canale di trasmissione di dati
 295   bidirezionale, sequenziale e affidabile. Opera su una connessione con un
 296   altro socket. I dati possono vengono trasmessi per pacchetti di dimensione
 297   massima fissata, e devono essere letti integralmente da ciascuna chiamata a
 298   \func{read}.
 299 \item[\constd{SOCK\_RAW}] Provvede l'accesso a basso livello ai protocolli di
 300   rete e alle varie interfacce. I normali programmi di comunicazione non
 301   devono usarlo, è riservato all'uso di sistema.
 302 \item[\constd{SOCK\_RDM}] Provvede un canale di trasmissione di dati
 303   affidabile, ma in cui non è garantito l'ordine di arrivo dei pacchetti.
 304 \item[\constd{SOCK\_PACKET}] Obsoleto, non deve essere più usato (e pertanto
 305   non ne parleremo ulteriormente).
 306 \end{basedescript}
 307
 308 A partire dal kernel 2.6.27 l'argomento \param{type} della funzione
 309 \func{socket} assume un significato ulteriore perché può essere utlizzato per
 310 impostare dei flag relativi alle caratteristiche generali del \textit{socket}
 311 non strettamente attinenti all'indicazione del tipo secondo i valori appena
 312 illustrati. Essi infatti possono essere combinati con un OR aritmetico delle
 313 ulteriori costanti:
 314 \begin{basedescript}{\desclabelwidth{1.5cm}\desclabelstyle{\nextlinelabel}}
 315 \item[\constd{SOCK\_CLOEXEC}] imposta il flag di \textit{close-on-exec} sul
 316   file descriptor del socket, ottenendo lo stesso effetto del flag
 317   \const{O\_CLOEXEC} di \func{open} (vedi tab.~\ref{tab:open_operation_flag}),
 318   di cui costituisce l'analogo.
 319
 320 \item[\constd{SOCK\_NONBLOCK}] crea il socket in modalità non-bloccante, con
 321   effetti identici ad una successiva chiamata a \func{fcntl} per impostare il
 322   flag di \const{O\_NONBLOCK} sul file descriptor (si faccia di nuovo
 323   riferimenti al significato di quest'ultimo come spiegato in
 324   tab.~\ref{tab:open_operation_flag}).
 325 \end{basedescript}
 326
 327
 328 Si tenga presente inoltre che non tutte le combinazioni fra una famiglia di
 329 protocolli e un tipo di socket sono valide, in quanto non è detto che in una
 330 famiglia esista un protocollo per ciascuno dei diversi stili di comunicazione
 331 appena elencati.
 332
 333 \begin{table}[htb]
 334   \footnotesize
 335   \centering
 336   \begin{tabular}{|l|c|c|c|c|c|}
 337     \hline
 338     \multicolumn{1}{|c|}{\textbf{Famiglia}}&
 339     \multicolumn{5}{|c|}{\textbf{Tipo}}\\
 340     \hline
 341     \hline
 342     &\const{SOCK\_STREAM} &\const{SOCK\_DGRAM}     &\const{SOCK\_RAW}&
 343       \const{SOCK\_RDM}&\const{SOCK\_SEQPACKET} \\
 344      \hline
 345     \const{PF\_UNIX}     &  si & si  &  --  & -- &  si\footnotemark \\
 346      \hline
 347     \const{PF\_LOCAL}&\multicolumn{5}{|c|}{sinonimo di \const{PF\_UNIX}}\\
 348      \hline
 349     \const{PF\_INET}      & TCP & UDP & IPv4 & --  & --  \\
 350      \hline
 351     \const{PF\_INET6}     & TCP & UDP & IPv6 & --  & -- \\
 352      \hline
 353     \const{PF\_IPX}       & --  & --  &  --  & --  & -- \\
 354      \hline
 355     \const{PF\_NETLINK}   & --  & si  &  si  & --  & -- \\
 356      \hline
 357     \const{PF\_X25}       & --  & --  &  --  & --  & si \\
 358      \hline
 359     \const{PF\_AX25}      & --  & --  &  --  & --  & -- \\
 360      \hline
 361     \const{PF\_ATMPVC}    & --  & --  &  --  & --  & -- \\
 362      \hline
 363     \const{PF\_APPLETALK} & --  & si  &  si  & --  & -- \\
 364      \hline
 365     \const{PF\_PACKET}    & --  & si  &  si  & --  & -- \\
 366      \hline
 367   \end{tabular}
 368   \caption{Combinazioni valide di dominio e tipo di protocollo per la
 369     funzione \func{socket}.}
 370   \label{tab:sock_sock_valid_combinations}
 371 \end{table}
 372
 373 \footnotetext{supportati a partire dal kernel 2.6.4 per socket che conservano
 374   i limiti dei messaggi e li consegnano in sequenza ordinata.}
 375
 376 In tab.~\ref{tab:sock_sock_valid_combinations} sono mostrate le combinazioni
 377 valide possibili per le principali famiglie di protocolli. Per ogni
 378 combinazione valida si è indicato il tipo di protocollo, o la parola
 379 \textsl{si} qualora il protocollo non abbia un nome definito, mentre si sono
 380 lasciate vuote le caselle per le combinazioni non supportate.
 381
 382
 383 \section{Le strutture degli indirizzi dei socket}
 384 \label{sec:sock_sockaddr}
 385
 386 Come si è visto nella creazione di un socket non si specifica nulla oltre al
 387 tipo di famiglia di protocolli che si vuole utilizzare, in particolare nessun
 388 indirizzo che identifichi i due capi della comunicazione. La funzione infatti
 389 si limita ad allocare nel kernel quanto necessario per poter poi realizzare la
 390 comunicazione.
 391
 392 Gli indirizzi infatti vengono specificati attraverso apposite strutture che
 393 vengono utilizzate dalle altre funzioni della interfaccia dei socket, quando
 394 la comunicazione viene effettivamente realizzata.  Ogni famiglia di protocolli
 395 ha ovviamente una sua forma di indirizzamento e in corrispondenza a questa una
 396 sua peculiare struttura degli indirizzi. I nomi di tutte queste strutture
 397 iniziano per \var{sockaddr\_}; quelli propri di ciascuna famiglia vengono
 398 identificati dal suffisso finale, aggiunto al nome precedente.
 399
 400
 401 \subsection{La struttura generica}
 402 \label{sec:sock_sa_gen}
 403
 404 Le strutture degli indirizzi vengono sempre passate alle varie funzioni
 405 attraverso puntatori (cioè \textit{by reference}), ma le funzioni devono poter
 406 maneggiare puntatori a strutture relative a tutti gli indirizzi possibili
 407 nelle varie famiglie di protocolli; questo pone il problema di come passare
 408 questi puntatori, il C moderno risolve questo problema coi i puntatori
 409 generici (i \ctyp{void *}), ma l'interfaccia dei socket è antecedente alla
 410 definizione dello standard ANSI C, e per questo nel 1982 fu scelto di definire
 411 una struttura generica per gli indirizzi dei socket, \struct{sockaddr}, che si
 412 è riportata in fig.~\ref{fig:sock_sa_gen_struct}.
 413
 414 \begin{figure}[!htb]
 415   \footnotesize \centering
 416   \begin{minipage}[c]{0.80\textwidth}
 417     \includestruct{listati/sockaddr.h}
 418   \end{minipage}
 419   \caption{La struttura generica degli indirizzi dei socket
 420     \structd{sockaddr}.}
 421   \label{fig:sock_sa_gen_struct}
 422 \end{figure}
 423
 424 Tutte le funzioni dei socket che usano gli indirizzi sono definite usando nel
 425 prototipo un puntatore a questa struttura; per questo motivo quando si
 426 invocano dette funzioni passando l'indirizzo di un protocollo specifico
 427 occorrerà eseguire una conversione del relativo puntatore.
 428
 429 I tipi di dati che compongono la struttura sono stabiliti dallo standard
 430 POSIX.1g e li abbiamo riassunti in tab.~\ref{tab:sock_data_types} con i
 431 rispettivi file di include in cui sono definiti; la struttura è invece
 432 definita nell'include file \headfile{sys/socket.h}.
 433
 434 \begin{table}[!htb]
 435   \centering
 436   \footnotesize
 437   \begin{tabular}{|l|l|l|}
 438     \hline
 439     \multicolumn{1}{|c|}{\textbf{Tipo}}&
 440     \multicolumn{1}{|c|}{\textbf{Descrizione}}&
 441     \multicolumn{1}{|c|}{\textbf{Header}} \\
 442     \hline
 443     \hline
 444     \typed{int8\_t}   & intero a 8 bit con segno   & \headfile{sys/types.h}\\
 445     \typed{uint8\_t}  & intero a 8 bit senza segno & \headfile{sys/types.h}\\
 446     \typed{int16\_t}  & intero a 16 bit con segno  & \headfile{sys/types.h}\\
 447     \typed{uint16\_t} & intero a 16 bit senza segno& \headfile{sys/types.h}\\
 448     \typed{int32\_t}  & intero a 32 bit con segno  & \headfile{sys/types.h}\\
 449     \typed{uint32\_t} & intero a 32 bit senza segno& \headfile{sys/types.h}\\
 450     \hline
 451     \typed{sa\_family\_t} & famiglia degli indirizzi&\headfile{sys/socket.h}\\
 452     \typed{socklen\_t} & lunghezza (\type{uint32\_t}) dell'indirizzo di
 453     un socket& \headfile{sys/socket.h}\\
 454     \hline
 455     \typed{in\_addr\_t} & indirizzo IPv4 (\type{uint32\_t}) &
 456     \headfile{netinet/in.h}\\
 457     \typed{in\_port\_t} & porta TCP o UDP (\type{uint16\_t})&
 458     \headfile{netinet/in.h}\\
 459     \hline
 460   \end{tabular}
 461   \caption{Tipi di dati usati nelle strutture degli indirizzi, secondo quanto
 462     stabilito dallo standard POSIX.1g.}
 463   \label{tab:sock_data_types}
 464 \end{table}
 465
 466 In alcuni sistemi la struttura è leggermente diversa e prevede un primo membro
 467 aggiuntivo \code{uint8\_t sin\_len} (come riportato da R. Stevens in
 468 \cite{UNP1}). Questo campo non verrebbe usato direttamente dal programmatore e
 469 non è richiesto dallo standard POSIX.1g, in Linux pertanto non esiste. Il
 470 campo \type{sa\_family\_t} era storicamente un \ctyp{unsigned short}.
 471
 472 \begin{figure}[!htb]
 473   \footnotesize \centering
 474   \begin{minipage}[c]{0.80\textwidth}
 475     \includestruct{listati/sockaddr.h}
 476   \end{minipage}
 477   \caption{La struttura generica degli indirizzi dei socket
 478     \structd{sockaddr}.}
 479   \label{fig:sock_sa_gen_struct}
 480 \end{figure}
 481
 482 Dal punto di vista del programmatore l'unico uso di questa struttura è quello
 483 di fare da riferimento per il casting, per il kernel le cose sono un po'
 484 diverse, in quanto esso usa il puntatore per recuperare il campo
 485 \var{sa\_family}, comune a tutte le famiglie, con cui determinare il tipo di
 486 indirizzo; per questo motivo, anche se l'uso di un puntatore \ctyp{void *}
 487 sarebbe più immediato per l'utente (che non dovrebbe più eseguire il casting),
 488 è stato mantenuto l'uso di questa struttura.
 489
 490 Se si usa una struttura \struct{sockaddr} per allocare delle variabili
 491 generiche da usare in seguito per degli indirizzi si pone il problema che
 492 niente assicura che i dati necessari per le varie famiglie di indirizzi
 493 possano rientrare nella dimensione del campo \var{sa\_data} indicata in
 494 fig.~\ref{fig:sock_sa_gen_struct}, anzi, come vedremo in
 495 sez.~\ref{sec:sock_sa_ipv6}, nel caso di indirizzi IPv6 questa non è proprio
 496 sufficiente.
 497
 498 \begin{figure}[!htb]
 499   \footnotesize \centering
 500   \begin{minipage}[c]{0.90\textwidth}
 501     \includestruct{listati/sockaddr_storage.h}
 502   \end{minipage}
 503   \caption{La struttura generica degli indirizzi dei socket
 504     \structd{sockaddr\_storage}.}
 505   \label{fig:sock_sa_storage_struct}
 506 \end{figure}
 507
 508 Per questo l'interfaccia di programmazione dei socket prevede la defizione di
 509 una speciale struttura \struct{sockaddr\_storage} illustrata in
 510 fig.~\ref{fig:sock_sa_storage_struct}, in cui di nuovo si usa il primo campo
 511 (\var{ss\_family}) per indicare il tipo di indirizzo, ed in cui i campi
 512 successivi sono utilizzati per allineare i dati al tipo di architettura
 513 hardware utilizzata, e per allocare uno spazio sufficiente ampio per contenere
 514 qualunque tipo di indirizzo supportato. Allocando questa struttura si ha la
 515 certezza di non eccedere le dimensioni qualunque sia il tipo di indirizzi che
 516 si useranno, pertanto risulta utile tutte le volte che si devono gestire in
 517 maniera generica tipi di indirizzi diversi (ad esempio IPv4 ed IPv6).
 518
 519
 520 \subsection{La struttura degli indirizzi IPv4}
 521 \label{sec:sock_sa_ipv4}
 522
 523 I socket di tipo \const{PF\_INET} vengono usati per la comunicazione
 524 attraverso Internet; la struttura per gli indirizzi per un socket Internet (se
 525 si usa IPv4) è definita come \struct{sockaddr\_in} nell'header file
 526 \headfiled{netinet/in.h} ed ha la forma mostrata in
 527 fig.~\ref{fig:sock_sa_ipv4_struct}, conforme allo standard POSIX.1g.
 528
 529 \begin{figure}[!htb]
 530   \footnotesize\centering
 531   \begin{minipage}[c]{0.80\textwidth}
 532     \includestruct{listati/sockaddr_in.h}
 533   \end{minipage}
 534   \caption{La struttura \structd{sockaddr\_in} degli indirizzi dei socket
 535     Internet (IPv4) e la struttura \structd{in\_addr} degli indirizzi IPv4.}
 536   \label{fig:sock_sa_ipv4_struct}
 537 \end{figure}
 538
 539 L'indirizzo di un socket Internet (secondo IPv4) comprende l'indirizzo
 540 Internet di un'interfaccia più un \textsl{numero di porta} (affronteremo in
 541 dettaglio il significato di questi numeri in sez.~\ref{sec:TCP_port_num}).  Il
 542 protocollo IP di per sé non prevede numeri di porta, questi sono utilizzati
 543 solo dai protocolli di livello superiore come TCP e UDP, ma devono essere
 544 indicati qui. Inoltre questa struttura viene usata anche per i socket RAW che
 545 accedono direttamente al livello di IP, in questo caso il numero della porta
 546 deve essere impostato al numero di protocollo.
 547
 548 Il membro \var{sin\_family} deve essere sempre impostato a \constd{AF\_INET},
 549 altrimenti si avrà un errore di \errcode{EINVAL}; il membro \var{sin\_port}
 550 specifica il \textsl{numero di porta}. I numeri di porta sotto il 1024 sono
 551 chiamati \textsl{riservati} in quanto utilizzati da servizi standard e
 552 soltanto processi con i privilegi di amministratore (con \ids{UID} effettivo
 553 uguale a zero) o con la \textit{capability} \const{CAP\_NET\_BIND\_SERVICE}
 554 possono usare la funzione \func{bind} (che vedremo in
 555 sez.~\ref{sec:TCP_func_bind}) su queste porte.
 556
 557 Il membro \var{sin\_addr} contiene un indirizzo Internet, e viene acceduto sia
 558 come struttura (un resto di una implementazione precedente in cui questa era
 559 una \dirct{union} usata per accedere alle diverse classi di indirizzi) che
 560 direttamente come intero. In \headfile{netinet/in.h} vengono definite anche
 561 alcune costanti che identificano alcuni indirizzi speciali, riportati in
 562 tab.~\ref{tab:TCP_ipv4_addr}, che rincontreremo più avanti.
 563
 564 Infine occorre sottolineare che sia gli indirizzi che i numeri di porta devono
 565 essere specificati in quello che viene chiamato \textit{network order}, cioè
 566 con i bit ordinati in formato \textit{big endian} (vedi
 567 sez.~\ref{sec:endianness}), questo comporta la necessità di usare apposite
 568 funzioni di conversione per mantenere la portabilità del codice (vedi
 569 sez.~\ref{sec:sock_addr_func} per i dettagli del problema e le relative
 570 soluzioni).
 571
 572
 573 \subsection{La struttura degli indirizzi IPv6}
 574 \label{sec:sock_sa_ipv6}
 575
 576 Essendo IPv6 un'estensione di IPv4, i socket di tipo \const{PF\_INET6} sono
 577 sostanzialmente identici ai precedenti; la parte in cui si trovano
 578 praticamente tutte le differenze fra i due socket è quella della struttura
 579 degli indirizzi; la sua definizione, presa da \headfile{netinet/in.h}, è
 580 riportata in fig.~\ref{fig:sock_sa_ipv6_struct}.
 581
 582 \begin{figure}[!htb]
 583   \footnotesize \centering
 584   \begin{minipage}[c]{0.80\textwidth}
 585     \includestruct{listati/sockaddr_in6.h}
 586   \end{minipage}
 587   \caption{La struttura \structd{sockaddr\_in6} degli indirizzi dei socket
 588     IPv6 e la struttura \structd{in6\_addr} degli indirizzi IPv6.}
 589   \label{fig:sock_sa_ipv6_struct}
 590 \end{figure}
 591
 592 Il campo \var{sin6\_family} deve essere sempre impostato ad \constd{AF\_INET6},
 593 il campo \var{sin6\_port} è analogo a quello di IPv4 e segue le stesse regole;
 594 il campo \var{sin6\_flowinfo} è a sua volta diviso in tre parti di cui i 24
 595 bit inferiori indicano l'etichetta di flusso, i successivi 4 bit la priorità e
 596 gli ultimi 4 sono riservati. Questi valori fanno riferimento ad alcuni campi
 597 specifici dell'header dei pacchetti IPv6 (vedi sez.~\ref{sec:IP_ipv6head}) ed
 598 il loro uso è sperimentale.
 599
 600 Il campo \var{sin6\_addr} contiene l'indirizzo a 128 bit usato da IPv6,
 601 espresso da un vettore di 16 byte; anche in questo caso esistono alcuni valori
 602 predediniti, ma essendo il campo un vettore di byte non è possibile assegnarli
 603 con il calore di una costante. Esistono però le variabili predefinite
 604 \var{in6addr\_any} (che indica l'indirizzo generico) e \var{in6addr\_loopback}
 605 (che indica l'indirizzo di loopback) il cui valore può essere copiato in
 606 questo campo. A queste due variabili si aggiungono le macro
 607 \macrod{IN6ADDR\_ANY\_INIT} e \macrod{IN6ADDR\_LOOPBACK\_INIT} per effettuare
 608 delle assegnazioni statiche.
 609
 610 Infine il campo \var{sin6\_scope\_id} è un campo introdotto in Linux con il
 611 kernel 2.4, per gestire alcune operazioni riguardanti il
 612 \textit{multicasting}, è supportato solo per gli indirizzi di tipo
 613 \textit{link-local} (vedi sez.~\ref{sec:IP_ipv6_unicast}) e deve contenere
 614 l'\textit{interface index} (vedi sez.~\ref{sec:sock_ioctl_netdevice}) della
 615 scheda di rete.  Si noti infine che \struct{sockaddr\_in6} ha una dimensione
 616 maggiore della struttura \struct{sockaddr} generica di
 617 fig.~\ref{fig:sock_sa_gen_struct}, quindi occorre stare attenti a non avere
 618 fatto assunzioni riguardo alla possibilità di contenere i dati nelle
 619 dimensioni di quest'ultima (per questo se necessario è opportuno usare
 620 \struct{sockaddr\_storage}).
 621
 622
 623 \subsection{La struttura degli indirizzi locali}
 624 \label{sec:sock_sa_local}
 625
 626 I socket di tipo \const{PF\_UNIX} o \const{PF\_LOCAL} vengono usati per una
 627 comunicazione fra processi che stanno sulla stessa macchina (per questo
 628 vengono chiamati \textit{local domain} o anche \textit{Unix domain}); essi
 629 hanno la caratteristica ulteriore di poter essere creati anche in maniera
 630 anonima attraverso la funzione \func{socketpair} (che abbiamo trattato in
 631 sez.~\ref{sec:ipc_socketpair}).  Quando però si vuole fare riferimento
 632 esplicito ad uno di questi socket si deve usare una struttura degli indirizzi
 633 di tipo \struct{sockaddr\_un}, la cui definizione si è riportata in
 634 fig.~\ref{fig:sock_sa_local_struct}.
 635
 636 \begin{figure}[!htb]
 637   \footnotesize \centering
 638   \begin{minipage}[c]{0.80\textwidth}
 639     \includestruct{listati/sockaddr_un.h}
 640   \end{minipage}
 641   \caption{La struttura \structd{sockaddr\_un} degli indirizzi dei socket
 642     locali (detti anche \textit{unix domain}) definita in
 643     \headfiled{sys/un.h}.}
 644   \label{fig:sock_sa_local_struct}
 645 \end{figure}
 646
 647 In questo caso il campo \var{sun\_family} deve essere \constd{AF\_UNIX},
 648 mentre il campo \var{sun\_path} deve specificare un indirizzo. Questo ha due
 649 forme; può essere ``\textit{named}'' ed in tal caso deve corrispondere ad un
 650 file (di tipo socket) presente nel filesystem o essere ``\textit{abstract}''
 651 nel qual caso viene identificato da una stringa univoca in uno spazio di nomi
 652 astratto.
 653
 654 Nel primo caso l'indirizzo viene specificato in \var{sun\_path} come una
 655 stringa (terminata da uno zero) corrispondente al \textit{pathname} del file;
 656 nel secondo caso (che è specifico di Linux e non portabile) \var{sun\_path}
 657 deve iniziare con uno zero ed il nome verrà costituito dai restanti byte che
 658 verranno interpretati come stringa senza terminazione (un byte nullo non ha in
 659 questo caso nessun significato).
 660
 661 In realtà esiste una terza forma, \textit{unnamed}, che non è possibile
 662 indicare in fase di scrittura, ma che è quella che viene usata quando si legge
 663 l'indirizzo di un socket anonimo creato con \texttt{socketpair}; in tal caso
 664 la struttura restituita è di dimensione \code{sizeof(sa\_family\_t)}, quindi
 665 \var{sun\_path} non esiste e non deve essere referenziato.
 666
 667 \subsection{La struttura degli indirizzi AppleTalk}
 668 \label{sec:sock_sa_appletalk}
 669
 670 I socket di tipo \const{PF\_APPLETALK} sono usati dalla libreria
 671 \file{netatalk} per implementare la comunicazione secondo il protocollo
 672 AppleTalk, uno dei primi protocolli di rete usato nel mondo dei personal
 673 computer, usato dalla Apple per connettere fra loro computer e stampanti. Il
 674 kernel supporta solo due strati del protocollo, DDP e AARP, e di norma è
 675 opportuno usare le funzioni della libreria \texttt{netatalk}, tratteremo qui
 676 questo argomento principalmente per mostrare l'uso di un protocollo
 677 alternativo.
 678
 679 I socket AppleTalk permettono di usare il protocollo DDP, che è un protocollo
 680 a pacchetto, di tipo \const{SOCK\_DGRAM}; l'argomento \param{protocol} di
 681 \func{socket} deve essere nullo. È altresì possibile usare i socket raw
 682 specificando un tipo \const{SOCK\_RAW}, nel qual caso l'unico valore valido
 683 per \param{protocol} è \constd{ATPROTO\_DDP}.
 684
 685 Gli indirizzi AppleTalk devono essere specificati tramite una struttura
 686 \struct{sockaddr\_atalk}, la cui definizione è riportata in
 687 fig.~\ref{fig:sock_sa_atalk_struct}; la struttura viene dichiarata includendo
 688 il file \headfiled{netatalk/at.h}.
 689
 690 \begin{figure}[!htb]
 691   \footnotesize \centering
 692   \begin{minipage}[c]{0.80\textwidth}
 693     \includestruct{listati/sockaddr_atalk.h}
 694   \end{minipage}
 695   \caption{La struttura \structd{sockaddr\_atalk} degli indirizzi dei socket
 696     AppleTalk, e la struttura \structd{at\_addr} degli indirizzi AppleTalk.}
 697   \label{fig:sock_sa_atalk_struct}
 698 \end{figure}
 699
 700 Il campo \var{sat\_family} deve essere sempre \constd{AF\_APPLETALK}, mentre
 701 il campo \var{sat\_port} specifica la porta che identifica i vari
 702 servizi. Valori inferiori a 129 sono usati per le \textsl{porte riservate}, e
 703 possono essere usati solo da processi con i privilegi di amministratore o con
 704 la \textit{capability} \const{CAP\_NET\_BIND\_SERVICE}.
 705
 706 L'indirizzo remoto è specificato nella struttura \var{sat\_addr}, e deve
 707 essere in \textit{network order} (vedi sez.~\ref{sec:endianness}); esso è
 708 composto da un parte di rete data dal campo \var{s\_net}, che può assumere il
 709 valore \constd{AT\_ANYNET}, che indica una rete generica e vale anche per
 710 indicare la rete su cui si è, il singolo nodo è indicato da \var{s\_node}, e
 711 può prendere il valore generico \constd{AT\_ANYNODE} che indica anche il nodo
 712 corrente, ed il valore \constd{ATADDR\_BCAST} che indica tutti i nodi della
 713 rete.
 714
 715
 716 \subsection{La struttura degli indirizzi dei \textit{packet socket}}
 717 \label{sec:sock_sa_packet}
 718
 719 I \textit{packet socket}, identificati dal dominio \const{PF\_PACKET}, sono
 720 un'interfaccia specifica di Linux per inviare e ricevere pacchetti
 721 direttamente su un'interfaccia di rete, senza passare per le funzioni di
 722 gestione dei protocolli di livello superiore. In questo modo è possibile
 723 implementare dei protocolli in user space, agendo direttamente sul livello
 724 fisico. In genere comunque si preferisce usare la libreria
 725 \file{pcap},\footnote{la libreria è mantenuta insieme al comando
 726   \cmd{tcpdump}, informazioni e documentazione si possono trovare sul sito del
 727   progetto \url{http://www.tcpdump.org/}.}  che assicura la portabilità su
 728 altre piattaforme, anche se con funzionalità ridotte.
 729
 730 Questi socket possono essere di tipo \const{SOCK\_RAW} o \const{SOCK\_DGRAM}.
 731 Con socket di tipo \const{SOCK\_RAW} si può operare sul livello di
 732 collegamento, ed i pacchetti vengono passati direttamente dal socket al driver
 733 del dispositivo e viceversa.  In questo modo, in fase di trasmissione, il
 734 contenuto completo dei pacchetti, comprese le varie intestazioni, deve essere
 735 fornito dall'utente. In fase di ricezione invece tutto il contenuto del
 736 pacchetto viene passato inalterato sul socket, anche se il kernel analizza
 737 comunque il pacchetto, riempiendo gli opportuni campi della struttura
 738 \struct{sockaddr\_ll} ad esso associata.
 739
 740 Si usano invece socket di tipo \const{SOCK\_DGRAM} quando si vuole operare a
 741 livello di rete.
 742
 743 In questo caso in fase di ricezione l'intestazione del protocollo di
 744 collegamento viene rimossa prima di passare il resto del pacchetto all'utente,
 745 mentre in fase di trasmissione viene creata una opportuna intestazione per il
 746 protocollo a livello di collegamento utilizzato, usando le informazioni
 747 necessarie che devono essere specificate sempre con una struttura
 748 \struct{sockaddr\_ll}.
 749
 750 Nella creazione di un \textit{packet socket} il valore dell'argomento
 751 \param{protocol} di \func{socket} serve a specificare, in \textit{network
 752   order}, il numero identificativo del protocollo di collegamento si vuole
 753 utilizzare. I valori possibili sono definiti secondo lo standard IEEE 802.3, e
 754 quelli disponibili in Linux sono accessibili attraverso opportune costanti
 755 simboliche definite nel file \file{linux/if\_ether.h}. Se si usa il valore
 756 speciale \constd{ETH\_P\_ALL} passeranno sul \textit{packet socket} tutti i
 757 pacchetti, qualunque sia il loro protocollo di collegamento. Ovviamente l'uso
 758 di questi socket è una operazione privilegiata e può essere effettuati solo da
 759 un processo con i privilegi di amministratore (\ids{UID} effettivo nullo) o
 760 con la \textit{capability} \const{CAP\_NET\_RAW}.
 761
 762 Una volta aperto un \textit{packet socket}, tutti i pacchetti del protocollo
 763 specificato passeranno attraverso di esso, qualunque sia l'interfaccia da cui
 764 provengono; se si vuole limitare il passaggio ad una interfaccia specifica
 765 occorre usare la funzione \func{bind} (vedi sez.~\ref{sec:TCP_func_bind}) per
 766 agganciare il socket a quest'ultima.
 767
 768 \begin{figure}[!htb]
 769   \footnotesize \centering
 770   \begin{minipage}[c]{\textwidth}
 771     \includestruct{listati/sockaddr_ll.h}
 772   \end{minipage}
 773   \caption{La struttura \structd{sockaddr\_ll} degli indirizzi dei
 774     \textit{packet socket}.}
 775   \label{fig:sock_sa_packet_struct}
 776 \end{figure}
 777
 778 Nel caso dei \textit{packet socket} la struttura degli indirizzi è di tipo
 779 \struct{sockaddr\_ll}, e la sua definizione è riportata in
 780 fig.~\ref{fig:sock_sa_packet_struct}; essa però viene ad assumere un ruolo
 781 leggermente diverso rispetto a quanto visto finora per gli altri tipi di
 782 socket.  Infatti se il socket è di tipo \const{SOCK\_RAW} si deve comunque
 783 scrivere tutto direttamente nel pacchetto, quindi la struttura non serve più a
 784 specificare gli indirizzi. Essa mantiene questo ruolo solo per i socket di
 785 tipo \const{SOCK\_DGRAM}, per i quali permette di specificare i dati necessari
 786 al protocollo di collegamento, mentre viene sempre utilizzata in lettura (per
 787 entrambi i tipi di socket), per la ricezione dei dati relativi a ciascun
 788 pacchetto.
 789
 790 Al solito il campo \var{sll\_family} deve essere sempre impostato al valore
 791 \constd{AF\_PACKET}. Il campo \var{sll\_protocol} indica il protocollo scelto,
 792 e deve essere indicato in \textit{network order}, facendo uso delle costanti
 793 simboliche definite in \file{linux/if\_ether.h}. Il campo \var{sll\_ifindex} è
 794 l'indice dell'interfaccia (l'\textit{inxterface index} (vedi
 795 sez.~\ref{sec:sock_ioctl_netdevice}) che in caso di presenza di più
 796 interfacce dello stesso tipo (se ad esempio si hanno più schede Ethernet),
 797 permette di selezionare quella con cui si vuole operare (un valore nullo
 798 indica qualunque interfaccia).  Questi sono i due soli campi che devono essere
 799 specificati quando si vuole selezionare una interfaccia specifica, usando
 800 questa struttura con la funzione \func{bind}.
 801
 802 I campi \var{sll\_halen} e \var{sll\_addr} indicano rispettivamente
 803 l'indirizzo associato all'interfaccia sul protocollo di collegamento e la
 804 relativa lunghezza; ovviamente questi valori cambiano a seconda del tipo di
 805 collegamento che si usa, ad esempio, nel caso di Ethernet, questi saranno il
 806 MAC address della scheda e la relativa lunghezza. Essi vengono usati, insieme
 807 ai campi \var{sll\_family} e \var{sll\_ifindex} quando si inviano dei
 808 pacchetti, in questo caso tutti gli altri campi devono essere nulli.
 809
 810 Il campo \var{sll\_hatype} indica il tipo ARP, come definito in
 811 \file{linux/if\_arp.h}, mentre il campo \var{sll\_pkttype} indica il tipo di
 812 pacchetto; entrambi vengono impostati alla ricezione di un pacchetto ed han
 813 senso solo in questo caso. In particolare \var{sll\_pkttype} può assumere i
 814 seguenti valori: \constd{PACKET\_HOST} per un pacchetto indirizzato alla
 815 macchina ricevente, \constd{PACKET\_BROADCAST} per un pacchetto di
 816 \textit{broadcast}, \constd{PACKET\_MULTICAST} per un pacchetto inviato ad un
 817 indirizzo fisico di \textit{multicast}, \constd{PACKET\_OTHERHOST} per un
 818 pacchetto inviato ad un'altra stazione (e ricevuto su un'interfaccia in modo
 819 promiscuo), \constd{PACKET\_OUTGOING} per un pacchetto originato dalla propria
 820 macchina che torna indietro sul socket.
 821
 822 Si tenga presente infine che in fase di ricezione, anche se si richiede il
 823 troncamento del pacchetto, le funzioni \func{recv}, \func{recvfrom} e
 824 \func{recvmsg} (vedi sez.~\ref{sec:net_sendmsg}) restituiranno comunque la
 825 lunghezza effettiva del pacchetto così come arrivato sulla linea.
 826
 827 %% \subsection{La struttura degli indirizzi DECnet}
 828 %% \label{sec:sock_sa_decnet}
 829
 830 %% I socket di tipo \const{PF\_DECnet} usano il protocollo DECnet, usato dai VAX
 831 %% Digital sotto VMS quando ancora il TCP/IP non era diventato lo standard di
 832 %% fatto. Il protocollo è un protocollo chiuso, ed il suo uso attuale è limitato
 833 %% alla comunicazione con macchine che stanno comunque scomparendo. Lo si riporta
 834 %% solo come esempio
 835
 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: