socket.tex

   1 %% socket.tex
   2 %%
   3 %% Copyright (C) 2000-2006 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 \chapter{Introduzione ai socket}
  12 \label{cha:socket_intro}
  13
  14 In questo capitolo inizieremo a spiegare le caratteristiche salienti della
  15 principale interfaccia per la programmazione di rete, quella dei
  16 \textit{socket}, che, pur essendo nata in ambiente Unix, è usata ormai da
  17 tutti i sistemi operativi.
  18
  19 Dopo una breve panoramica sulle caratteristiche di questa interfaccia vedremo
  20 come creare un socket e come collegarlo allo specifico protocollo di rete che
  21 si utilizzerà per la comunicazione. Per evitare un'introduzione puramente
  22 teorica concluderemo il capitolo con un primo esempio di applicazione.
  23
  24 \section{Una panoramica}
  25 \label{sec:sock_overview}
  26
  27 Iniziamo con una descrizione essenziale di cosa sono i \textit{socket} e di
  28 quali sono i concetti fondamentali da tenere presente quando si ha a che fare
  29 con essi.
  30 \index{socket|(}
  31
  32
  33 \subsection{I \textit{socket}}
  34 \label{sec:sock_socket_def}
  35
  36 I \textit{socket}\footnote{una traduzione letterale potrebbe essere
  37   \textsl{presa}, ma essendo universalmente noti come \textit{socket}
  38   utilizzeremo sempre la parola inglese.} sono uno dei principali meccanismi
  39 di comunicazione utilizzato in ambito Unix, e li abbiamo brevemente incontrati
  40 in sez.~\ref{sec:ipc_socketpair}, fra i vari meccanismi di intercomunicazione
  41 fra processi. Un socket costituisce in sostanza un canale di comunicazione fra
  42 due processi su cui si possono leggere e scrivere dati analogo a quello di una
  43 pipe (vedi sez.~\ref{sec:ipc_pipes}) ma, a differenza di questa e degli altri
  44 meccanismi esaminati nel capitolo cap.~\ref{cha:IPC}, i socket non sono
  45 limitati alla comunicazione fra processi che girano sulla stessa macchina, ma
  46 possono realizzare la comunicazione anche attraverso la rete.
  47
  48 Quella dei socket costituisce infatti la principale interfaccia usata nella
  49 programmazione di rete.  La loro origine risale al 1983, quando furono
  50 introdotti in BSD 4.2; l'interfaccia è rimasta sostanzialmente la stessa, con
  51 piccole modifiche, negli anni successivi. Benché siano state sviluppate
  52 interfacce alternative, originate dai sistemi SVr4 come la XTI (\textit{X/Open
  53   Transport Interface}) nessuna ha mai raggiunto la diffusione e la popolarità
  54 di quella dei socket (né tantomeno la stessa usabilità e flessibilità).
  55
  56 La flessibilità e la genericità dell'interfaccia inoltre consente di
  57 utilizzare i socket con i più disparati meccanismi di comunicazione, e non
  58 solo con l'insieme dei protocolli TCP/IP, anche se questa sarà comunque quella
  59 di cui tratteremo in maniera più estesa.
  60
  61
  62 \subsection{Concetti base}
  63 \label{sec:sock_gen}
  64
  65 Per capire il funzionamento dei socket occorre avere presente il funzionamento
  66 dei protocolli di rete (vedi cap.~\ref{cha:network}), ma l'interfaccia è del
  67 tutto generale e benché le problematiche (e quindi le modalità di risolvere i
  68 problemi) siano diverse a seconda del tipo di protocollo di comunicazione
  69 usato, le funzioni da usare restano le stesse.
  70
  71 Per questo motivo una semplice descrizione dell'interfaccia è assolutamente
  72 inutile, in quanto il comportamento di quest'ultima e le problematiche da
  73 affrontare cambiano radicalmente a seconda dello \textsl{stile} di
  74 comunicazione usato.  La scelta di questo stile va infatti ad incidere sulla
  75 semantica che verrà utilizzata a livello utente per gestire la comunicazione
  76 (su come inviare e ricevere i dati) e sul comportamento effettivo delle
  77 funzioni utilizzate.
  78
  79 La scelta di uno stile dipende sia dai meccanismi disponibili, sia dal tipo di
  80 comunicazione che si vuole effettuare. Ad esempio alcuni stili di
  81 comunicazione considerano i dati come una sequenza continua di byte, in quello
  82 che viene chiamato un \textsl{flusso} (in inglese \textit{stream}), mentre
  83 altri invece li raggruppano in \textsl{pacchetti} (in inglese
  84 \textit{datagram}) che vengono inviati in blocchi separati.
  85
  86 Un altro esempio di stile concerne la possibilità che la comunicazione possa o
  87 meno perdere dati, possa o meno non rispettare l'ordine in cui essi non sono
  88 inviati, o inviare dei pacchetti più volte (come nel caso di TCP e UDP).
  89
  90 Un terzo esempio di stile di comunicazione concerne le modalità in cui essa
  91 avviene, in certi casi essa può essere condotta con una connessione diretta
  92 con un solo corrispondente, come per una telefonata; altri casi possono
  93 prevedere una comunicazione come per lettera, in cui si scrive l'indirizzo su
  94 ogni pacchetto, altri ancora una comunicazione \itindex{broadcast}
  95 \textit{broadcast} come per la radio, in cui i pacchetti vengono emessi su
  96 appositi ``\textsl{canali}'' dove chiunque si collega possa riceverli.
  97
  98 É chiaro che ciascuno di questi stili comporta una modalità diversa di gestire
  99 la comunicazione, ad esempio se è inaffidabile occorrerà essere in grado di
 100 gestire la perdita o il rimescolamento dei dati, se è a pacchetti questi
 101 dovranno essere opportunamente trattati, ecc.
 102
 103
 104 \section{La creazione di un \textit{socket}}
 105 \label{sec:sock_creation}
 106
 107 Come accennato l'interfaccia dei socket è estremamente flessibile e permette
 108 di interagire con protocolli di comunicazione anche molto diversi fra di loro;
 109 in questa sezione vedremo come è possibile creare un socket e come specificare
 110 il tipo di comunicazione che esso deve utilizzare.
 111
 112 \subsection{La funzione \func{socket}}
 113 \label{sec:sock_socket}
 114
 115 La creazione di un socket avviene attraverso l'uso della funzione
 116 \funcd{socket}; essa restituisce un \textit{file descriptor}\footnote{del
 117   tutto analogo a quelli che si ottengono per i file di dati e le pipe,
 118   descritti in sez.~\ref{sec:file_fd}.} che serve come riferimento al socket;
 119 il suo prototipo è:
 120 \begin{prototype}{sys/socket.h}{int socket(int domain, int type, int protocol)}
 121
 122   Apre un socket.
 123
 124   \bodydesc{La funzione restituisce un intero positivo in caso di successo, e
 125     -1 in caso di fallimento, nel qual caso la variabile \var{errno} assumerà
 126   i valori:
 127   \begin{errlist}
 128   \item[\errcode{EPROTONOSUPPORT}] Il tipo di socket o il protocollo scelto non
 129     sono supportati nel dominio.
 130   \item[\errcode{ENFILE}] Il kernel non ha memoria sufficiente a creare una
 131     nuova struttura per il socket.
 132   \item[\errcode{EMFILE}] Si è ecceduta la tabella dei file.
 133   \item[\errcode{EACCES}] Non si hanno privilegi per creare un socket nel
 134     dominio o con il protocollo specificato.
 135   \item[\errcode{EINVAL}] Protocollo sconosciuto o dominio non disponibile.
 136   \item[\errcode{ENOBUFS}] Non c'è sufficiente memoria per creare il socket
 137     (può essere anche \errval{ENOMEM}).
 138   \end{errlist}
 139   inoltre, a seconda del protocollo usato, potranno essere generati altri
 140   errori, che sono riportati nelle relative pagine di manuale.}
 141 \end{prototype}
 142
 143 La funzione ha tre argomenti, \param{domain} specifica il dominio del socket
 144 (definisce cioè, come vedremo in sez.~\ref{sec:sock_domain}, la famiglia di
 145 protocolli usata), \param{type} specifica il tipo di socket (definisce cioè,
 146 come vedremo in sez.~\ref{sec:sock_type}, lo stile di comunicazione) e
 147 \param{protocol} il protocollo; in genere quest'ultimo è indicato
 148 implicitamente dal tipo di socket, per cui di norma questo valore viene messo
 149 a zero (con l'eccezione dei \textit{raw socket}).
 150
 151 Si noti che la creazione del socket si limita ad allocare le opportune
 152 strutture nel kernel (sostanzialmente una voce nella \textit{file table}) e
 153 non comporta nulla riguardo all'indicazione degli indirizzi remoti o locali
 154 attraverso i quali si vuole effettuare la comunicazione.
 155
 156 \subsection{Il dominio, o \textit{protocol family}}
 157 \label{sec:sock_domain}
 158
 159 Dati i tanti e diversi protocolli di comunicazione disponibili, esistono vari
 160 tipi di socket, che vengono classificati raggruppandoli in quelli che si
 161 chiamano \textsl{domini}.  La scelta di un dominio equivale in sostanza alla
 162 scelta di una famiglia di protocolli, e viene effettuata attraverso
 163 l'argomento \param{domain} della funzione \func{socket}. Ciascun dominio ha un
 164 suo nome simbolico che convenzionalmente inizia con una costante che inizia
 165 per \texttt{PF\_}, iniziali di \textit{protocol family}, un altro nome con cui
 166 si indicano i domini.
 167
 168 A ciascun tipo di dominio corrisponde un analogo nome simbolico, anch'esso
 169 associato ad una costante, che inizia invece per \texttt{AF\_} (da
 170 \textit{address family}) che identifica il formato degli indirizzi usati in
 171 quel dominio. Le pagine di manuale di Linux si riferiscono a questi indirizzi
 172 anche come \textit{name space},\footnote{nome che invece il manuale delle
 173   \acr{glibc} riserva a quello che noi abbiamo chiamato domini.} dato che
 174 identificano il formato degli indirizzi usati in quel dominio per identificare
 175 i capi della comunicazione.
 176
 177 \begin{table}[htb]
 178   \footnotesize
 179   \centering
 180   \begin{tabular}[c]{|l|l|l|l|}
 181        \hline
 182        \textbf{Nome}&\textbf{Valore}&\textbf{Utilizzo}&\textbf{Man page} \\
 183        \hline
 184        \hline
 185        \const{PF\_UNSPEC}   & 0& Non specificato               &            \\
 186        \const{PF\_LOCAL}    & 1& Local communication           & unix(7)    \\
 187        \const{PF\_UNIX}, \const{PF\_FILE}&1&                   &            \\
 188        \const{PF\_INET}     & 2& IPv4 Internet protocols       & ip(7)      \\
 189        \const{PF\_AX25}     & 3& Amateur radio AX.25 protocol  &            \\
 190        \const{PF\_IPX}      & 4& IPX - Novell protocols        &            \\
 191        \const{PF\_APPLETALK}& 5& Appletalk                     & ddp(7)     \\
 192        \const{PF\_NETROM}   & 6& Amateur radio NetROM          &            \\
 193        \const{PF\_BRIDGE}   & 7& Multiprotocol bridge          &            \\
 194        \const{PF\_ATMPVC}   & 8& Access to raw ATM PVCs        &            \\
 195        \const{PF\_X25}      & 9& ITU-T X.25 / ISO-8208 protocol& x25(7)     \\
 196        \const{PF\_INET6}    &10& IPv6 Internet protocols       & ipv6(7)    \\
 197        \const{PF\_ROSE}     &11& Amateur Radio X.25 PLP        &            \\
 198        \const{PF\_DECnet}   &12& Reserved for DECnet project   &            \\
 199        \const{PF\_NETBEUI}  &13& Reserved for 802.2LLC project &            \\
 200        \const{PF\_SECURITY} &14& Security callback pseudo AF   &            \\
 201        \const{PF\_KEY}      &15& PF\_KEY key management API    &            \\
 202        \const{PF\_NETLINK}  &16& Kernel user interface device  & netlink(7) \\
 203        \const{PF\_PACKET}   &17& Low level packet interface    & packet(7)  \\
 204        \const{PF\_ASH}      &18& Ash                           &    \\
 205        \const{PF\_ECONET}   &19& Acorn Econet                  &    \\
 206        \const{PF\_ATMSVC}   &20& ATM SVCs                      &    \\
 207        \const{PF\_SNA}      &22& Linux SNA Project             &    \\
 208        \const{PF\_IRDA}     &23& IRDA socket                   &    \\
 209        \const{PF\_PPPOX}    &24& PPPoX socket                  &    \\
 210        \const{PF\_WANPIPE}  &25& Wanpipe API socket            &    \\
 211        \const{PF\_BLUETOOTH}&31& Bluetooth socket              &    \\
 212        \hline
 213   \end{tabular}
 214   \caption{Famiglie di protocolli definiti in Linux.}
 215   \label{tab:net_pf_names}
 216 \end{table}
 217
 218 L'idea alla base della distinzione fra questi due insiemi di costanti era che
 219 una famiglia di protocolli potesse supportare vari tipi di indirizzi, per cui
 220 il prefisso \texttt{PF\_} si sarebbe dovuto usare nella creazione dei socket e
 221 il prefisso \texttt{AF\_} in quello delle strutture degli indirizzi; questo è
 222 quanto specificato anche dallo standard POSIX.1g, ma non esistono a tuttora
 223 famiglie di protocolli che supportino diverse strutture di indirizzi, per cui
 224 nella pratica questi due nomi sono equivalenti e corrispondono agli stessi
 225 valori numerici.\footnote{in Linux, come si può verificare andando a guardare
 226   il contenuto di \file{bits/socket.h}, le costanti sono esattamente le stesse
 227   e ciascuna \texttt{AF\_} è definita alla corrispondente \texttt{PF\_} e con
 228   lo stesso nome.}
 229
 230 I domini (e i relativi nomi simbolici), così come i nomi delle famiglie di
 231 indirizzi, sono definiti dall'header \texttt{socket.h}. Un elenco delle
 232 famiglie di protocolli disponibili in Linux è riportato in
 233 tab.~\ref{tab:net_pf_names}.\footnote{l'elenco indica tutti i protocolli
 234   definiti; fra questi però saranno utilizzabili solo quelli per i quali si è
 235   compilato il supporto nel kernel (o si sono caricati gli opportuni moduli),
 236   viene definita anche una costante \const{PF\_MAX} che indica il valore
 237   massimo associabile ad un dominio (nel caso il suo valore 32).}
 238
 239 Si tenga presente che non tutte le famiglie di protocolli sono utilizzabili
 240 dall'utente generico, ad esempio in generale tutti i socket di tipo
 241 \const{SOCK\_RAW} possono essere creati solo da processi che hanno i privilegi
 242 di amministratore (cioè con user-ID effettivo uguale a zero) o dotati della
 243 \itindex{capabilities}\textit{capability} \const{CAP\_NET\_RAW}.
 244
 245
 246 \subsection{Il tipo, o stile}
 247 \label{sec:sock_type}
 248
 249 La scelta di un dominio non comporta però la scelta dello stile di
 250 comunicazione, questo infatti viene a dipendere dal protocollo che si andrà ad
 251 utilizzare fra quelli disponibili nella famiglia scelta. L'interfaccia dei
 252 socket permette di scegliere lo stile di comunicazione indicando il tipo di
 253 socket con l'argomento \param{type} di \func{socket}. Linux mette a
 254 disposizione vari tipi di socket (che corrispondono a quelli che il manuale
 255 della \acr{glibc} \cite{glibc} chiama \textit{styles}) identificati dalle
 256 seguenti costanti:
 257
 258 \begin{basedescript}{\desclabelwidth{2.9cm}\desclabelstyle{\nextlinelabel}}
 259 \item[\const{SOCK\_STREAM}] Provvede un canale di trasmissione dati
 260   bidirezionale, sequenziale e affidabile. Opera su una connessione con un
 261   altro socket. I dati vengono ricevuti e trasmessi come un flusso continuo di
 262   byte (da cui il nome \textit{stream}) e possono essere letti in blocchi di
 263   dimensioni qualunque. Può supportare la trasmissione dei cosiddetti dati
 264   \itindex{out-of-band} \textit{out-of-band} (vedi
 265   sez.~\ref{sec:TCP_urgent_data}).
 266 \item[\const{SOCK\_DGRAM}] Viene usato per trasmettere pacchetti di dati
 267   (\textit{datagram}) di lunghezza massima prefissata, indirizzati
 268   singolarmente. Non esiste una connessione e la trasmissione è effettuata in
 269   maniera non affidabile.
 270 \item[\const{SOCK\_SEQPACKET}] Provvede un canale di trasmissione di dati
 271   bidirezionale, sequenziale e affidabile. Opera su una connessione con un
 272   altro socket. I dati possono vengono trasmessi per pacchetti di dimensione
 273   massima fissata, e devono essere letti integralmente da ciascuna chiamata a
 274   \func{read}.
 275 \item[\const{SOCK\_RAW}] Provvede l'accesso a basso livello ai protocolli di
 276   rete e alle varie interfacce. I normali programmi di comunicazione non
 277   devono usarlo, è riservato all'uso di sistema.
 278 \item[\const{SOCK\_RDM}] Provvede un canale di trasmissione di dati
 279   affidabile, ma in cui non è garantito l'ordine di arrivo dei pacchetti.
 280 \item[\const{SOCK\_PACKET}] Obsoleto, non deve essere usato.
 281 \end{basedescript}
 282
 283 Si tenga presente che non tutte le combinazioni fra una famiglia di protocolli
 284 e un tipo di socket sono valide, in quanto non è detto che in una famiglia
 285 esista un protocollo per ciascuno dei diversi stili di comunicazione appena
 286 elencati.
 287
 288 \begin{table}[htb]
 289   \footnotesize
 290   \centering
 291   \begin{tabular}{|l|c|c|c|c|c|}
 292     \hline
 293     \multicolumn{1}{|c|}{\textbf{Famiglia}}&
 294     \multicolumn{5}{|c|}{\textbf{Tipo}}\\
 295     \hline
 296     \hline
 297     &\const{SOCK\_STREAM} &\const{SOCK\_DGRAM}     &\const{SOCK\_RAW}&
 298       \const{SOCK\_PACKET}&\const{SOCK\_SEQPACKET} \\
 299      \hline
 300     \const{PF\_UNIX}      &  si & si  &      &     &     \\
 301      \hline
 302     \const{PF\_INET}      & TCP & UDP & IPv4 &     &     \\
 303      \hline
 304     \const{PF\_INET6}     & TCP & UDP & IPv6 &     &     \\
 305      \hline
 306     \const{PF\_IPX}       &     &     &      &     &     \\
 307      \hline
 308     \const{PF\_NETLINK}   &     &  si &  si  &     &     \\
 309      \hline
 310     \const{PF\_X25}       &     &     &      &     &  si \\
 311      \hline
 312     \const{PF\_AX25}      &     &     &      &     &     \\
 313      \hline
 314     \const{PF\_ATMPVC}    &     &     &      &     &     \\
 315      \hline
 316     \const{PF\_APPLETALK} &     & si  &  si  &     &     \\
 317      \hline
 318     \const{PF\_PACKET}    &     & si  & si   &     &     \\
 319      \hline
 320   \end{tabular}
 321   \caption{Combinazioni valide di dominio e tipo di protocollo per la
 322     funzione \func{socket}.}
 323   \label{tab:sock_sock_valid_combinations}
 324 \end{table}
 325
 326 In tab.~\ref{tab:sock_sock_valid_combinations} sono mostrate le combinazioni
 327 valide possibili per le principali famiglie di protocolli. Per ogni
 328 combinazione valida si è indicato il tipo di protocollo, o la parola
 329 \textsl{si} qualora non il protocollo non abbia un nome definito, mentre si
 330 sono lasciate vuote le caselle per le combinazioni non supportate.
 331
 332
 333 \section{Le strutture degli indirizzi dei socket}
 334 \label{sec:sock_sockaddr}
 335
 336 Come si è visto nella creazione di un socket non si specifica nulla oltre al
 337 tipo di famiglia di protocolli che si vuole utilizzare, in particolare nessun
 338 indirizzo che identifichi i due capi della comunicazione. La funzione infatti
 339 si limita ad allocare nel kernel quanto necessario per poter poi realizzare la
 340 comunicazione.
 341
 342 Gli indirizzi infatti vengono specificati attraverso apposite strutture che
 343 vengono utilizzate dalle altre funzioni della interfaccia dei socket, quando
 344 la comunicazione viene effettivamente realizzata.  Ogni famiglia di protocolli
 345 ha ovviamente una sua forma di indirizzamento e in corrispondenza a questa una
 346 sua peculiare struttura degli indirizzi. I nomi di tutte queste strutture
 347 iniziano per \var{sockaddr\_}; quelli propri di ciascuna famiglia vengono
 348 identificati dal suffisso finale, aggiunto al nome precedente.
 349
 350
 351 \subsection{La struttura generica}
 352 \label{sec:sock_sa_gen}
 353
 354 Le strutture degli indirizzi vengono sempre passate alle varie funzioni
 355 attraverso puntatori (cioè \textit{by reference}), ma le funzioni devono poter
 356 maneggiare puntatori a strutture relative a tutti gli indirizzi possibili
 357 nelle varie famiglie di protocolli; questo pone il problema di come passare
 358 questi puntatori, il C moderno risolve questo problema coi i puntatori
 359 generici (i \ctyp{void *}), ma l'interfaccia dei socket è antecedente alla
 360 definizione dello standard ANSI C, e per questo nel 1982 fu scelto di definire
 361 una struttura generica per gli indirizzi dei socket, \struct{sockaddr}, che si
 362 è riportata in fig.~\ref{fig:sock_sa_gen_struct}.
 363
 364 \begin{figure}[!htb]
 365   \footnotesize \centering
 366   \begin{minipage}[c]{15cm}
 367     \includestruct{listati/sockaddr.h}
 368   \end{minipage}
 369   \caption{La struttura generica degli indirizzi dei socket
 370     \structd{sockaddr}.}
 371   \label{fig:sock_sa_gen_struct}
 372 \end{figure}
 373
 374 Tutte le funzioni dei socket che usano gli indirizzi sono definite usando nel
 375 prototipo un puntatore a questa struttura; per questo motivo quando si
 376 invocano dette funzioni passando l'indirizzo di un protocollo specifico
 377 occorrerà eseguire una conversione del relativo puntatore.
 378
 379 I tipi di dati che compongono la struttura sono stabiliti dallo standard
 380 POSIX.1g e li abbiamo riassunti in tab.~\ref{tab:sock_data_types} con i
 381 rispettivi file di include in cui sono definiti; la struttura è invece
 382 definita nell'include file \file{sys/socket.h}.
 383
 384 \begin{table}[!htb]
 385   \centering
 386   \footnotesize
 387   \begin{tabular}{|l|l|l|}
 388     \hline
 389     \multicolumn{1}{|c|}{\textbf{Tipo}}&
 390     \multicolumn{1}{|c|}{\textbf{Descrizione}}&
 391     \multicolumn{1}{|c|}{\textbf{Header}} \\
 392     \hline
 393     \hline
 394     \type{int8\_t}   & intero a 8 bit con segno   & \file{sys/types.h}\\
 395     \type{uint8\_t}  & intero a 8 bit senza segno & \file{sys/types.h}\\
 396     \type{int16\_t}  & intero a 16 bit con segno  & \file{sys/types.h}\\
 397     \type{uint16\_t} & intero a 16 bit senza segno& \file{sys/types.h}\\
 398     \type{int32\_t}  & intero a 32 bit con segno  & \file{sys/types.h}\\
 399     \type{uint32\_t} & intero a 32 bit senza segno& \file{sys/types.h}\\
 400     \hline
 401     \type{sa\_family\_t} & famiglia degli indirizzi& \file{sys/socket.h}\\
 402     \type{socklen\_t} & lunghezza (\type{uint32\_t}) dell'indirizzo di
 403     un socket& \file{sys/socket.h}\\
 404     \hline
 405     \type{in\_addr\_t} & indirizzo IPv4 (\type{uint32\_t}) &
 406     \file{netinet/in.h}\\
 407     \type{in\_port\_t} & porta TCP o UDP (\type{uint16\_t})&
 408     \file{netinet/in.h}\\
 409     \hline
 410   \end{tabular}
 411   \caption{Tipi di dati usati nelle strutture degli indirizzi, secondo quanto
 412     stabilito dallo standard POSIX.1g.}
 413   \label{tab:sock_data_types}
 414 \end{table}
 415
 416 In alcuni sistemi la struttura è leggermente diversa e prevede un primo membro
 417 aggiuntivo \code{uint8\_t sin\_len} (come riportato da R. Stevens in
 418 \cite{UNP1}). Questo campo non verrebbe usato direttamente dal programmatore e
 419 non è richiesto dallo standard POSIX.1g, in Linux pertanto non esiste. Il
 420 campo \type{sa\_family\_t} era storicamente un \ctyp{unsigned short}.
 421
 422 Dal punto di vista del programmatore l'unico uso di questa struttura è quello
 423 di fare da riferimento per il casting, per il kernel le cose sono un po'
 424 diverse, in quanto esso usa il puntatore per recuperare il campo
 425 \var{sa\_family}, comune a tutte le famiglie, con cui determinare il tipo di
 426 indirizzo; per questo motivo, anche se l'uso di un puntatore \ctyp{void *}
 427 sarebbe più immediato per l'utente (che non dovrebbe più eseguire il casting),
 428 è stato mantenuto l'uso di questa struttura.
 429
 430
 431 \subsection{La struttura degli indirizzi IPv4}
 432 \label{sec:sock_sa_ipv4}
 433
 434 I socket di tipo \const{PF\_INET} vengono usati per la comunicazione
 435 attraverso internet; la struttura per gli indirizzi per un socket internet (se
 436 si usa IPv4) è definita come \struct{sockaddr\_in} nell'header file
 437 \file{netinet/in.h} ed ha la forma mostrata in
 438 fig.~\ref{fig:sock_sa_ipv4_struct}, conforme allo standard POSIX.1g.
 439
 440 \begin{figure}[!htb]
 441   \footnotesize\centering
 442   \begin{minipage}[c]{15cm}
 443     \includestruct{listati/sockaddr_in.h}
 444   \end{minipage}
 445   \caption{La struttura \structd{sockaddr\_in} degli indirizzi dei socket
 446     internet (IPv4) e la struttura \structd{in\_addr} degli indirizzi IPv4.}
 447   \label{fig:sock_sa_ipv4_struct}
 448 \end{figure}
 449
 450 L'indirizzo di un socket internet (secondo IPv4) comprende l'indirizzo
 451 internet di un'interfaccia più un \textsl{numero di porta} (affronteremo in
 452 dettaglio il significato di questi numeri in sez.~\ref{sec:TCP_port_num}).  Il
 453 protocollo IP non prevede numeri di porta, che sono utilizzati solo dai
 454 protocolli di livello superiore come TCP e UDP. Questa struttura però viene
 455 usata anche per i socket RAW che accedono direttamente al livello di IP, nel
 456 qual caso il numero della porta viene impostato al numero di protocollo.
 457
 458 Il membro \var{sin\_family} deve essere sempre impostato a \const{AF\_INET},
 459 altrimenti si avrà un errore di \errcode{EINVAL}; il membro \var{sin\_port}
 460 specifica il \textsl{numero di porta}. I numeri di porta sotto il 1024 sono
 461 chiamati \textsl{riservati} in quanto utilizzati da servizi standard e
 462 soltanto processi con i privilegi di amministratore (con user-ID effettivo
 463 uguale a zero) o con la \itindex{capabilities}\textit{capability}
 464 \const{CAP\_NET\_BIND\_SERVICE} possono usare la funzione \func{bind} (che
 465 vedremo in sez.~\ref{sec:TCP_func_bind}) su queste porte.
 466
 467 Il membro \var{sin\_addr} contiene un indirizzo internet, e viene acceduto sia
 468 come struttura (un resto di una implementazione precedente in cui questa era
 469 una \direct{union} usata per accedere alle diverse classi di indirizzi) che
 470 direttamente come intero. In \file{netinet/in.h} vengono definite anche alcune
 471 costanti che identificano alcuni indirizzi speciali, riportati in
 472 tab.~\ref{tab:TCP_ipv4_addr}, che rincontreremo più avanti.
 473
 474 Infine occorre sottolineare che sia gli indirizzi che i numeri di porta devono
 475 essere specificati in quello che viene chiamato \textit{network order}, cioè
 476 con i bit ordinati in formato \textit{big endian}, questo comporta la
 477 necessità di usare apposite funzioni di conversione per mantenere la
 478 portabilità del codice (vedi sez.~\ref{sec:sock_addr_func} per i dettagli del
 479 problema e le relative soluzioni).
 480
 481
 482 \subsection{La struttura degli indirizzi IPv6}
 483 \label{sec:sock_sa_ipv6}
 484
 485 Essendo IPv6 un'estensione di IPv4, i socket di tipo \const{PF\_INET6} sono
 486 sostanzialmente identici ai precedenti; la parte in cui si trovano
 487 praticamente tutte le differenze fra i due socket è quella della struttura
 488 degli indirizzi; la sua definizione, presa da \file{netinet/in.h}, è riportata
 489 in fig.~\ref{fig:sock_sa_ipv6_struct}.
 490
 491 \begin{figure}[!htb]
 492   \footnotesize \centering
 493   \begin{minipage}[c]{15cm}
 494     \includestruct{listati/sockaddr_in6.h}
 495   \end{minipage}
 496   \caption{La struttura \structd{sockaddr\_in6} degli indirizzi dei socket
 497     IPv6 e la struttura \structd{in6\_addr} degli indirizzi IPv6.}
 498   \label{fig:sock_sa_ipv6_struct}
 499 \end{figure}
 500
 501 Il campo \var{sin6\_family} deve essere sempre impostato ad \const{AF\_INET6},
 502 il campo \var{sin6\_port} è analogo a quello di IPv4 e segue le stesse regole;
 503 il campo \var{sin6\_flowinfo} è a sua volta diviso in tre parti di cui i 24
 504 bit inferiori indicano l'etichetta di flusso, i successivi 4 bit la priorità e
 505 gli ultimi 4 sono riservati. Questi valori fanno riferimento ad alcuni campi
 506 specifici dell'header dei pacchetti IPv6 (vedi sez.~\ref{sec:IP_ipv6head}) ed
 507 il loro uso è sperimentale.
 508
 509 Il campo \var{sin6\_addr} contiene l'indirizzo a 128 bit usato da IPv6,
 510 espresso da un vettore di 16 byte. Infine il campo \var{sin6\_scope\_id} è un
 511 campo introdotto in Linux con il kernel 2.4, per gestire alcune operazioni
 512 riguardanti il \itindex{multicast} \textit{multicasting}.  Si noti infine che
 513 \struct{sockaddr\_in6} ha una dimensione maggiore della struttura
 514 \struct{sockaddr} generica di fig.~\ref{fig:sock_sa_gen_struct}, quindi
 515 occorre stare attenti a non avere fatto assunzioni riguardo alla possibilità
 516 di contenere i dati nelle dimensioni di quest'ultima.
 517
 518
 519 \subsection{La struttura degli indirizzi locali}
 520 \label{sec:sock_sa_local}
 521
 522 I socket di tipo \const{PF\_UNIX} o \const{PF\_LOCAL} vengono usati per una
 523 comunicazione fra processi che stanno sulla stessa macchina (per questo
 524 vengono chiamati \textit{local domain} o anche \textit{Unix domain}); essi
 525 hanno la caratteristica ulteriore di poter essere creati anche in maniera
 526 anonima attraverso la funzione \func{socketpair} (che abbiamo trattato in
 527 sez.~\ref{sec:ipc_socketpair}).  Quando però si vuole fare riferimento
 528 esplicito ad uno di questi socket si deve usare una struttura degli indirizzi
 529 di tipo \struct{sockaddr\_un}, la cui definizione si è riportata in
 530 fig.~\ref{fig:sock_sa_local_struct}.
 531
 532 \begin{figure}[!htb]
 533   \footnotesize \centering
 534   \begin{minipage}[c]{15cm}
 535     \includestruct{listati/sockaddr_un.h}
 536   \end{minipage}
 537   \caption{La struttura \structd{sockaddr\_un} degli indirizzi dei socket
 538     locali (detti anche \textit{unix domain}) definita in \file{sys/un.h}.}
 539   \label{fig:sock_sa_local_struct}
 540 \end{figure}
 541
 542 In questo caso il campo \var{sun\_family} deve essere \const{AF\_UNIX}, mentre
 543 il campo \var{sun\_path} deve specificare un indirizzo. Questo ha due forme;
 544 può essere un file (di tipo socket) nel filesystem o una stringa univoca
 545 (mantenuta in uno spazio di nomi astratto). Nel primo caso l'indirizzo viene
 546 specificato come una stringa (terminata da uno zero) corrispondente al
 547 \itindex{pathname}\textit{pathname} del file; nel secondo invece
 548 \var{sun\_path} inizia con uno zero e vengono usati come nome i restanti byte
 549 come stringa, senza terminazione.
 550
 551
 552 \subsection{La struttura degli indirizzi AppleTalk}
 553 \label{sec:sock_sa_appletalk}
 554
 555 I socket di tipo \const{PF\_APPLETALK} sono usati dalla libreria
 556 \file{netatalk} per implementare la comunicazione secondo il protocollo
 557 AppleTalk, uno dei primi protocolli di rete usato nel mondo dei personal
 558 computer, usato dalla Apple per connettere fra loro computer e stampanti. Il
 559 kernel supporta solo due strati del protocollo, DDP e AARP, e di norma è
 560 opportuno usare le funzioni della libreria \texttt{netatalk}, tratteremo qui
 561 questo argomento principalmente per mostrare l'uso di un protocollo
 562 alternativo.
 563
 564 I socket AppleTalk permettono di usare il protocollo DDP, che è un protocollo
 565 a pacchetto, di tipo \const{SOCK\_DGRAM}; l'argomento \param{protocol} di
 566 \func{socket} deve essere nullo. È altresì possibile usare i socket raw
 567 specificando un tipo \const{SOCK\_RAW}, nel qual caso l'unico valore valido
 568 per \param{protocol} è \const{ATPROTO\_DDP}.
 569
 570 Gli indirizzi AppleTalk devono essere specificati tramite una struttura
 571 \struct{sockaddr\_atalk}, la cui definizione è riportata in
 572 fig.~\ref{fig:sock_sa_atalk_struct}; la struttura viene dichiarata includendo
 573 il file \file{netatalk/at.h}.
 574
 575 \begin{figure}[!htb]
 576   \footnotesize \centering
 577   \begin{minipage}[c]{15cm}
 578     \includestruct{listati/sockaddr_atalk.h}
 579   \end{minipage}
 580   \caption{La struttura \structd{sockaddr\_atalk} degli indirizzi dei socket
 581     AppleTalk, e la struttura \structd{at\_addr} degli indirizzi AppleTalk.}
 582   \label{fig:sock_sa_atalk_struct}
 583 \end{figure}
 584
 585 Il campo \var{sat\_family} deve essere sempre \const{AF\_APPLETALK}, mentre il
 586 campo \var{sat\_port} specifica la porta che identifica i vari servizi. Valori
 587 inferiori a 129 sono usati per le \textsl{porte riservate}, e possono essere
 588 usati solo da processi con i privilegi di amministratore o con la
 589 \itindex{capabilities}\textit{capability} \const{CAP\_NET\_BIND\_SERVICE}.
 590 L'indirizzo remoto è specificato nella struttura \var{sat\_addr}, e deve
 591 essere in \textit{network order} (vedi sez.~\ref{sec:sock_endianess}); esso è
 592 composto da un parte di rete data dal campo \var{s\_net}, che può assumere il
 593 valore \const{AT\_ANYNET}, che indica una rete generica e vale anche per
 594 indicare la rete su cui si è, il singolo nodo è indicato da \var{s\_node}, e
 595 può prendere il valore generico \const{AT\_ANYNODE} che indica anche il nodo
 596 corrente, ed il valore \const{ATADDR\_BCAST} che indica tutti i nodi della
 597 rete.
 598
 599
 600 \subsection{La struttura degli indirizzi dei \textit{packet socket}}
 601 \label{sec:sock_sa_packet}
 602
 603 I \textit{packet socket}, identificati dal dominio \const{PF\_PACKET}, sono
 604 un'interfaccia specifica di Linux per inviare e ricevere pacchetti
 605 direttamente su un'interfaccia di rete, senza passare per le funzioni di
 606 gestione dei protocolli di livello superiore. In questo modo è possibile
 607 implementare dei protocolli in user space, agendo direttamente sul livello
 608 fisico. In genere comunque si preferisce usare la libreria \file{pcap}, che
 609 assicura la portabilità su altre piattaforme, anche se con funzionalità
 610 ridotte.
 611
 612 Questi socket possono essere di tipo \const{SOCK\_RAW} o \const{SOCK\_DGRAM}.
 613 Con socket di tipo \const{SOCK\_RAW} si può operare sul livello di
 614 collegamento, ed i pacchetti vengono passati direttamente dal socket al driver
 615 del dispositivo e viceversa.  In questo modo, in fase di trasmissione, il
 616 contenuto completo dei pacchetti, comprese le varie intestazioni, deve essere
 617 fornito dall'utente. In fase di ricezione invece tutto il contenuto del
 618 pacchetto viene passato inalterato sul socket, anche se il kernel analizza
 619 comunque il pacchetto, riempiendo gli opportuni campi della struttura
 620 \struct{sockaddr\_ll} ad esso associata.
 621
 622 Si usano invece socket di tipo \const{SOCK\_DGRAM} quando si vuole operare a
 623 livello di rete. In questo caso in fase di ricezione l'intestazione del
 624 protocollo di collegamento viene rimossa prima di passare il resto del
 625 pacchetto all'utente, mentre in fase di trasmissione viene creata una
 626 opportuna intestazione per il protocollo a livello di collegamento
 627 utilizzato, usando le informazioni necessarie che devono essere specificate
 628 sempre con una struttura \struct{sockaddr\_ll}.
 629
 630 Nella creazione di un \textit{packet socket} il valore dell'argomento
 631 \param{protocol} di \func{socket} serve a specificare, in \textit{network
 632   order}, il numero identificativo del protocollo di collegamento si vuole
 633 utilizzare. I valori possibili sono definiti secondo lo standard IEEE 802.3, e
 634 quelli disponibili in Linux sono accessibili attraverso opportune costanti
 635 simboliche definite nel file \file{linux/if\_ether.h}. Se si usa il valore
 636 speciale \const{ETH\_P\_ALL} passeranno sul \textit{packet socket} tutti i
 637 pacchetti, qualunque sia il loro protocollo di collegamento. Ovviamente l'uso
 638 di questi socket è una operazione privilegiata e può essere effettuati solo da
 639 un processo con i privilegi di amministratore (user-ID effettivo nullo) o con
 640 la \itindex{capabilities}\textit{capability} \const{CAP\_NET\_RAW}.
 641
 642 Una volta aperto un \textit{packet socket}, tutti i pacchetti del protocollo
 643 specificato passeranno attraverso di esso, qualunque sia l'interfaccia da cui
 644 provengono; se si vuole limitare il passaggio ad una interfaccia specifica
 645 occorre usare la funzione \func{bind} per agganciare il socket a quest'ultima.
 646
 647 \begin{figure}[!htb]
 648   \footnotesize \centering
 649   \begin{minipage}[c]{15cm}
 650     \includestruct{listati/sockaddr_ll.h}
 651   \end{minipage}
 652   \caption{La struttura \structd{sockaddr\_ll} degli indirizzi dei
 653     \textit{packet socket}.}
 654   \label{fig:sock_sa_packet_struct}
 655 \end{figure}
 656
 657 Nel caso dei \textit{packet socket} la struttura degli indirizzi è di tipo
 658 \struct{sockaddr\_ll}, e la sua definizione è riportata in
 659 fig.~\ref{fig:sock_sa_packet_struct}; essa però viene ad assumere un ruolo
 660 leggermente diverso rispetto a quanto visto finora per gli altri tipi di
 661 socket.  Infatti se il socket è di tipo \const{SOCK\_RAW} si deve comunque
 662 scrivere tutto direttamente nel pacchetto, quindi la struttura non serve più a
 663 specificare gli indirizzi. Essa mantiene questo ruolo solo per i socket di
 664 tipo \const{SOCK\_DGRAM}, per i quali permette di specificare i dati necessari
 665 al protocollo di collegamento, mentre viene sempre utilizzata in lettura (per
 666 entrambi i tipi di socket), per la ricezione dei i dati relativi a ciascun
 667 pacchetto.
 668
 669 Al solito il campo \var{sll\_family} deve essere sempre impostato al valore
 670 \const{AF\_PACKET}. Il campo \var{sll\_protocol} indica il protocollo scelto,
 671 e deve essere indicato in \textit{network order}, facendo uso delle costanti
 672 simboliche definite in \file{linux/if\_ether.h}. Il campo \var{sll\_ifindex} è
 673 l'indice dell'interfaccia, che, in caso di presenza di più interfacce dello
 674 stesso tipo (se ad esempio si hanno più schede ethernet), permette di
 675 selezionare quella con cui si vuole operare (un valore nullo indica qualunque
 676 interfaccia).  Questi sono i due soli campi che devono essere specificati
 677 quando si vuole selezionare una interfaccia specifica, usando questa struttura
 678 con la funzione \func{bind}.
 679
 680 I campi \var{sll\_halen} e \var{sll\_addr} indicano rispettivamente
 681 l'indirizzo associato all'interfaccia sul protocollo di collegamento e la
 682 relativa lunghezza; ovviamente questi valori cambiano a seconda del tipo di
 683 collegamento che si usa, ad esempio, nel caso di ethernet, questi saranno il
 684 MAC address della scheda e la relativa lunghezza. Essi vengono usati, insieme
 685 ai campi \var{sll\_family} e \var{sll\_ifindex} quando si inviano dei
 686 pacchetti, in questo caso tutti gli altri campi devono essere nulli.
 687
 688 Il campo \var{sll\_hatype} indica il tipo ARP, come definito in
 689 \file{linux/if\_arp.h}, mentre il campo \var{sll\_pkttype} indica il tipo di
 690 pacchetto; entrambi vengono impostati alla ricezione di un pacchetto ed han
 691 senso solo in questo caso. In particolare \var{sll\_pkttype} può assumere i
 692 seguenti valori: \const{PACKET\_HOST} per un pacchetto indirizzato alla
 693 macchina ricevente, \const{PACKET\_BROADCAST} per un pacchetto di
 694 \itindex{broadcast} \textit{broadcast}, \const{PACKET\_MULTICAST} per un
 695 pacchetto inviato ad un indirizzo fisico di \itindex{multicast}
 696 \textit{multicast}, \const{PACKET\_OTHERHOST} per un pacchetto inviato ad
 697 un'altra stazione (e ricevuto su un'interfaccia in modo promiscuo),
 698 \const{PACKET\_OUTGOING} per un pacchetto originato dalla propria macchina che
 699 torna indietro sul socket.
 700
 701
 702 Si tenga presente infine che in fase di ricezione, anche se si richiede il
 703 troncamento del pacchetto, le funzioni \func{recv}, \func{recvfrom} e
 704 \func{recvmsg} (vedi sez.~\ref{sec:net_sendmsg}) restituiranno comunque la
 705 lunghezza effettiva del pacchetto così come arrivato sulla linea.
 706
 707 %% \subsection{La struttura degli indirizzi DECnet}
 708 %% \label{sec:sock_sa_decnet}
 709
 710 %% I socket di tipo \const{PF\_DECnet} usano il protocollo DECnet, usato dai VAX
 711 %% Digital sotto VMS quando ancora il TCP/IP non era diventato lo standard di
 712 %% fatto. Il protocollo è un protocollo chiuso, ed il suo uso attuale è limitato
 713 %% alla comunicazione con macchine che stanno comunque scomparendo. Lo si riporta
 714 %% solo come esempio
 715
 716
 717
 718 % \subsection{Il passaggio delle strutture}
 719 % \label{sec:sock_addr_pass}
 720
 721 % Come detto nelle funzioni della API dei socket le strutture degli indirizzi
 722 % vengono sempre passate per riferimento usando un puntatore; anche la lunghezza
 723 % della struttura è passata come argomento, ma in questo caso la modalità del
 724 % passaggio dipende dalla direzione del medesimo, dal processo al kernel o
 725 % viceversa.
 726
 727 % In particolare le tre funzioni \func{bind}, \func{connect} e
 728 % \func{sendto} passano la struttura al kernel, in questo caso è passata
 729 % \textsl{per valore} anche la dimensione della medesima
 730
 731
 732 % Le funzioni \func{accept}, \func{recvfrom}, \func{getsockname} e
 733 % \func{getpeername} invece ricevono i valori del kernel
 734
 735
 736
 737 \section{Le funzioni di conversione degli indirizzi}
 738 \label{sec:sock_addr_func}
 739
 740 In questa sezione tratteremo delle varie funzioni usate per manipolare gli
 741 indirizzi, limitandoci però agli indirizzi internet.  Come accennato gli
 742 indirizzi e i numeri di porta usati nella rete devono essere forniti in
 743 formato opportuno (il \textit{network order}). Per capire cosa significa tutto
 744 ciò occorre introdurre un concetto generale che tornerà utile anche in
 745 seguito.
 746
 747
 748 \subsection{La \textit{endianess}}
 749 \label{sec:sock_endianess}
 750
 751 \itindbeg{endianess}
 752 La rappresentazione di un numero binario in un computer può essere fatta in
 753 due modi, chiamati rispettivamente \textit{big endian} e \textit{little
 754   endian} a seconda di come i singoli bit vengono aggregati per formare le
 755 variabili intere (ed in genere in diretta corrispondenza a come sono poi in
 756 realtà cablati sui bus interni del computer).
 757
 758 \begin{figure}[htb]
 759   \centering
 760   \includegraphics[height=3cm]{img/endianess}
 761   \caption{Schema della disposizione dei dati in memoria a seconda della
 762     \textit{endianess}.}
 763   \label{fig:sock_endianess}
 764 \end{figure}
 765
 766 Per capire meglio il problema si consideri un intero a 32 bit scritto in una
 767 locazione di memoria posta ad un certo indirizzo. Come illustrato in
 768 fig.~\ref{fig:sock_endianess} i singoli bit possono essere disposti un memoria
 769 in due modi: a partire dal più significativo o a partire dal meno
 770 significativo.  Così nel primo caso si troverà il byte che contiene i bit più
 771 significativi all'indirizzo menzionato e il byte con i bit meno significativi
 772 nell'indirizzo successivo; questo ordinamento è detto \textit{big endian},
 773 dato che si trova per prima la parte più grande. Il caso opposto, in cui si
 774 parte dal bit meno significativo è detto per lo stesso motivo \textit{little
 775   endian}.
 776
 777 Si può allora verificare quale tipo di \textit{endianess} usa il proprio
 778 computer con un programma elementare che si limita ad assegnare un valore ad
 779 una variabile per poi ristamparne il contenuto leggendolo un byte alla volta.
 780 Il codice di detto programma, \file{endtest.c}, è nei sorgenti allegati,
 781 allora se lo eseguiamo su un PC otterremo:
 782 \begin{verbatim}
 783 [piccardi@gont sources]$ ./endtest
 784 Using value ABCDEF01
 785 val[0]= 1
 786 val[1]=EF
 787 val[2]=CD
 788 val[3]=AB
 789 \end{verbatim}%$
 790 mentre su di un Mac avremo:
 791 \begin{verbatim}
 792 piccardi@anarres:~/gapil/sources$ ./endtest
 793 Using value ABCDEF01
 794 val[0]=AB
 795 val[1]=CD
 796 val[2]=EF
 797 val[3]= 1
 798 \end{verbatim}%$
 799
 800
 801 La \textit{endianess} di un computer dipende essenzialmente dalla architettura
 802 hardware usata; Intel e Digital usano il \textit{little endian}, Motorola,
 803 IBM, Sun (sostanzialmente tutti gli altri) usano il \textit{big endian}. Il
 804 formato dei dati contenuti nelle intestazioni dei protocolli di rete è
 805 anch'esso \textit{big endian}; altri esempi di uso di questi due diversi
 806 formati sono quello del bus PCI, che è \textit{little endian}, o quello del
 807 bus VME che è \textit{big endian}.
 808
 809 Esistono poi anche dei processori che possono scegliere il tipo di formato
 810 all'avvio e alcuni che, come il PowerPC o l'Intel i860, possono pure passare
 811 da un tipo di ordinamento all'altro con una specifica istruzione. In ogni caso
 812 in Linux l'ordinamento è definito dall'architettura e dopo l'avvio del sistema
 813 resta sempre lo stesso, anche quando il processore permetterebbe di eseguire
 814 questi cambiamenti.
 815
 816 \begin{figure}[htb]
 817   \footnotesize \centering
 818   \begin{minipage}[c]{15cm}
 819     \includecodesample{listati/endian.c}
 820   \end{minipage}
 821   \normalsize
 822   \caption{La funzione \func{endian}, usata per controllare il tipo di
 823     architettura della macchina.}
 824   \label{fig:sock_endian_code}
 825 \end{figure}
 826
 827 Per controllare quale tipo di ordinamento si ha sul proprio computer si è
 828 scritta una piccola funzione di controllo, il cui codice è riportato
 829 fig.~\ref{fig:sock_endian_code}, che restituisce un valore nullo (falso) se
 830 l'architettura è \textit{big endian} ed uno non nullo (vero) se l'architettura
 831 è \textit{little endian}.
 832
 833 Come si vede la funzione è molto semplice, e si limita, una volta assegnato
 834 (\texttt{\small 9}) un valore di test pari a \texttt{0xABCD} ad una variabile
 835 di tipo \ctyp{short} (cioè a 16 bit), a ricostruirne una copia byte a byte.
 836 Per questo prima (\texttt{\small 10}) si definisce il puntatore \var{ptr} per
 837 accedere al contenuto della prima variabile, ed infine calcola (\texttt{\small
 838   11}) il valore della seconda assumendo che il primo byte sia quello meno
 839 significativo (cioè, per quanto visto in fig.~\ref{fig:sock_endianess}, che sia
 840 \textit{little endian}). Infine la funzione restituisce (\texttt{\small 12})
 841 il valore del confronto delle due variabili.
 842 \itindend{endianess}
 843
 844
 845
 846 \subsection{Le funzioni per il riordinamento}
 847 \label{sec:sock_func_ord}
 848
 849 Il problema connesso all'endianess\itindex{endianess} è che quando si passano
 850 dei dati da un tipo di architettura all'altra i dati vengono interpretati in
 851 maniera diversa, e ad esempio nel caso dell'intero a 16 bit ci si ritroverà
 852 con i due byte in cui è suddiviso scambiati di posto.  Per questo motivo si
 853 usano delle funzioni di conversione che servono a tener conto automaticamente
 854 della possibile differenza fra l'ordinamento usato sul computer e quello che
 855 viene usato nelle trasmissione sulla rete; queste funzioni sono \funcd{htonl},
 856 \funcd{htons}, \funcd{ntohl} e \funcd{ntohs} ed i rispettivi prototipi sono:
 857 \begin{functions}
 858   \headdecl{netinet/in.h}
 859   \funcdecl{unsigned long int htonl(unsigned long int hostlong)}
 860   Converte l'intero a 32 bit \param{hostlong} dal formato della macchina a
 861   quello della rete.
 862
 863   \funcdecl{unsigned short int htons(unsigned short int hostshort)}
 864   Converte l'intero a 16 bit \param{hostshort} dal formato della macchina a
 865   quello della rete.
 866
 867   \funcdecl{unsigned long int ntohl(unsigned long int netlong)}
 868   Converte l'intero a 32 bit \param{netlong} dal formato della rete a quello
 869   della macchina.
 870
 871   \funcdecl{unsigned sort int ntohs(unsigned short int netshort)}
 872   Converte l'intero a 16 bit \param{netshort} dal formato della rete a quello
 873   della macchina.
 874
 875   \bodydesc{Tutte le funzioni restituiscono il valore convertito, e non
 876     prevedono errori.}
 877 \end{functions}
 878
 879 I nomi sono assegnati usando la lettera \texttt{n} come mnemonico per indicare
 880 l'ordinamento usato sulla rete (da \textit{network order}) e la lettera
 881 \texttt{h} come mnemonico per l'ordinamento usato sulla macchina locale (da
 882 \textit{host order}), mentre le lettere \texttt{s} e \texttt{l} stanno ad
 883 indicare i tipi di dato (\ctyp{long} o \ctyp{short}, riportati anche dai
 884 prototipi).
 885
 886 Usando queste funzioni si ha la conversione automatica: nel caso in cui la
 887 macchina che si sta usando abbia una architettura \textit{big endian} queste
 888 funzioni sono definite come macro che non fanno nulla. Per questo motivo vanno
 889 sempre utilizzate, anche quando potrebbero non essere necessarie, in modo da
 890 assicurare la portabilità del codice su tutte le architetture.
 891
 892
 893 \subsection{Le funzioni \func{inet\_aton}, \func{inet\_addr} e
 894   \func{inet\_ntoa}}
 895 \label{sec:sock_func_ipv4}
 896
 897 Un secondo insieme di funzioni di manipolazione serve per passare dal formato
 898 binario usato nelle strutture degli indirizzi alla rappresentazione simbolica
 899 dei numeri IP che si usa normalmente.
 900
 901 Le prime tre funzioni di manipolazione riguardano la conversione degli
 902 indirizzi IPv4 da una stringa in cui il numero di IP è espresso secondo la
 903 cosiddetta notazione \textit{dotted-decimal}, (cioè nella forma
 904 \texttt{192.168.0.1}) al formato binario (direttamente in \textit{network
 905   order}) e viceversa; in questo caso si usa la lettera \texttt{a} come
 906 mnemonico per indicare la stringa. Dette funzioni sono \funcd{inet\_addr},
 907 \funcd{inet\_aton} e \funcd{inet\_ntoa}, ed i rispettivi prototipi sono:
 908 \begin{functions}
 909   \headdecl{arpa/inet.h}
 910
 911   \funcdecl{in\_addr\_t inet\_addr(const char *strptr)} Converte la stringa
 912   dell'indirizzo \textit{dotted decimal} in nel numero IP in network order.
 913
 914   \funcdecl{int inet\_aton(const char *src, struct in\_addr *dest)} Converte
 915   la stringa dell'indirizzo \textit{dotted decimal} in un indirizzo IP.
 916
 917   \funcdecl{char *inet\_ntoa(struct in\_addr addrptr)}
 918   Converte un indirizzo IP in una stringa \textit{dotted decimal}.
 919
 920   \bodydesc{Tutte queste le funzioni non generano codice di errore.}
 921 \end{functions}
 922
 923 La prima funzione, \func{inet\_addr}, restituisce l'indirizzo a 32 bit in
 924 network order (del tipo \type{in\_addr\_t}) a partire dalla stringa passata
 925 nell'argomento \param{strptr}. In caso di errore (quando la stringa non esprime
 926 un indirizzo valido) restituisce invece il valore \const{INADDR\_NONE} che
 927 tipicamente sono trentadue bit a uno.  Questo però comporta che la stringa
 928 \texttt{255.255.255.255}, che pure è un indirizzo valido, non può essere usata
 929 con questa funzione; per questo motivo essa è generalmente deprecata in favore
 930 di \func{inet\_aton}.
 931
 932 La funzione \func{inet\_aton} converte la stringa puntata da \param{src}
 933 nell'indirizzo binario che viene memorizzato nell'opportuna struttura
 934 \struct{in\_addr} (si veda fig.~\ref{fig:sock_sa_ipv4_struct}) situata
 935 all'indirizzo dato dall'argomento \param{dest} (è espressa in questa forma in
 936 modo da poterla usare direttamente con il puntatore usato per passare la
 937 struttura degli indirizzi). La funzione restituisce 0 in caso di successo e 1
 938 in caso di fallimento.  Se usata con \param{dest} inizializzato a \val{NULL}
 939 effettua la validazione dell'indirizzo.
 940
 941 L'ultima funzione, \func{inet\_ntoa}, converte il valore a 32 bit
 942 dell'indirizzo (espresso in \textit{network order}) restituendo il puntatore
 943 alla stringa che contiene l'espressione in formato dotted decimal. Si deve
 944 tenere presente che la stringa risiede in memoria statica, per cui questa
 945 funzione non è rientrante.
 946
 947
 948 \subsection{Le funzioni \func{inet\_pton} e \func{inet\_ntop}}
 949 \label{sec:sock_conv_func_gen}
 950
 951 Le tre funzioni precedenti sono limitate solo ad indirizzi IPv4, per questo
 952 motivo è preferibile usare le due nuove funzioni \func{inet\_pton} e
 953 \func{inet\_ntop} che possono convertire anche gli indirizzi IPv6. Anche in
 954 questo caso le lettere \texttt{n} e \texttt{p} sono degli mnemonici per
 955 ricordare il tipo di conversione effettuata e stanno per \textit{presentation}
 956 e \textit{numeric}.
 957
 958 Entrambe le funzioni accettano l'argomento \param{af} che indica il tipo di
 959 indirizzo, e che può essere soltanto \const{AF\_INET} o \const{AF\_INET6}. La
 960 prima funzione, \funcd{inet\_pton}, serve a convertire una stringa in un
 961 indirizzo; il suo prototipo è:
 962 \begin{prototype}{sys/socket.h}
 963 {int inet\_pton(int af, const char *src, void *addr\_ptr)}
 964
 965   Converte l'indirizzo espresso tramite una stringa nel valore numerico.
 966
 967   \bodydesc{La funzione restituisce un valore negativo se \param{af} specifica
 968     una famiglia di indirizzi non valida, con \var{errno} che assume il valore
 969     \errcode{EAFNOSUPPORT}, un valore nullo se \param{src} non rappresenta un
 970     indirizzo valido, ed un valore positivo in caso di successo.}
 971 \end{prototype}
 972
 973 La funzione converte la stringa indicata tramite \param{src} nel valore
 974 numerico dell'indirizzo IP del tipo specificato da \param{af} che viene
 975 memorizzato all'indirizzo puntato da \param{addr\_ptr}, la funzione
 976 restituisce un valore positivo in caso di successo, nullo se la stringa non
 977 rappresenta un indirizzo valido, e negativo se \param{af} specifica una
 978 famiglia di indirizzi non valida.
 979
 980 La seconda funzione di conversione è \funcd{inet\_ntop} che converte un
 981 indirizzo in una stringa; il suo prototipo è:
 982 \begin{prototype}{sys/socket.h}
 983   {char *inet\_ntop(int af, const void *addr\_ptr, char *dest, size\_t len)}
 984   Converte l'indirizzo dalla relativa struttura in una stringa simbolica.
 985
 986   \bodydesc{La funzione restituisce un puntatore non nullo alla stringa
 987     convertita in caso di successo e \val{NULL} in caso di fallimento, nel
 988     qual caso \var{errno} assume i valori:
 989     \begin{errlist}
 990     \item[\errcode{ENOSPC}] le dimensioni della stringa con la conversione
 991       dell'indirizzo eccedono la lunghezza specificata da \param{len}.
 992     \item[\errcode{ENOAFSUPPORT}] la famiglia di indirizzi \param{af} non è
 993       una valida.
 994   \end{errlist}}
 995 \end{prototype}
 996
 997 La funzione converte la struttura dell'indirizzo puntata da \param{addr\_ptr}
 998 in una stringa che viene copiata nel buffer puntato dall'indirizzo
 999 \param{dest}; questo deve essere preallocato dall'utente e la lunghezza deve
1000 essere almeno \const{INET\_ADDRSTRLEN} in caso di indirizzi IPv4 e
1001 \const{INET6\_ADDRSTRLEN} per indirizzi IPv6; la lunghezza del buffer deve
1002 comunque venire specificata attraverso il parametro \param{len}.
1003
1004 Gli indirizzi vengono convertiti da/alle rispettive strutture di indirizzo
1005 (una struttura \struct{in\_addr} per IPv4, e una struttura \struct{in6\_addr}
1006 per IPv6), che devono essere precedentemente allocate e passate attraverso il
1007 puntatore \param{addr\_ptr}; l'argomento \param{dest} di \func{inet\_ntop} non
1008 può essere nullo e deve essere allocato precedentemente.
1009
1010 Il formato usato per gli indirizzi in formato di presentazione è la notazione
1011 \textit{dotted decimal} per IPv4 e quello descritto in
1012 sez.~\ref{sec:IP_ipv6_notation} per IPv6.
1013
1014 \index{socket|)}
1015
1016
1017
1018 %%% Local Variables:
1019 %%% mode: latex
1020 %%% TeX-master: "gapil"
1021 %%% End:
1022
1023 % LocalWords:  socket sez cap BSD SVr XTI Transport Interface TCP stream UDP PF
1024 % LocalWords:  datagram broadcast descriptor sys int domain type protocol errno
1025 % LocalWords:  EPROTONOSUPPORT ENFILE kernel EMFILE EACCES EINVAL ENOBUFS raw
1026 % LocalWords:  ENOMEM table family AF address name glibc UNSPEC LOCAL Local IPv
1027 % LocalWords:  communication INET protocols ip AX Amateur IPX Novell APPLETALK
1028 % LocalWords:  Appletalk ddp NETROM NetROM Multiprotocol ATMPVC Access to ATM
1029 % LocalWords:  PVCs ITU ipv PLP DECnet Reserved for project NETBEUI LLC KEY key
1030 % LocalWords:  SECURITY Security callback NETLINK interface device netlink Low
1031 % LocalWords:  PACKET level packet ASH Ash ECONET Acorn Econet ATMSVC SVCs SNA
1032 % LocalWords:  IRDA PPPOX PPPoX WANPIPE Wanpipe BLUETOOTH Bluetooth POSIX bits
1033 % LocalWords:  dall'header tab SOCK capabilities capability styles DGRAM read
1034 % LocalWords:  SEQPACKET RDM sockaddr reference void fig Header uint socklen at
1035 % LocalWords:  addr netinet port len Stevens unsigned short casting nell'header
1036 % LocalWords:  BIND SERVICE bind union order big endian flowinfo dell'header ll
1037 % LocalWords:  multicast multicasting local socketpair sun path filesystem AARP
1038 % LocalWords:  pathname AppleTalk netatalk personal Apple ATPROTO atalk sat if
1039 % LocalWords:  ANYNET node ANYNODE ATADDR BCAST pcap IEEE linux ether ETH ALL
1040 % LocalWords:  sll ifindex ethernet halen MAC hatype ARP arp pkttype HOST recv
1041 % LocalWords:  OTHERHOST OUTGOING recvfrom recvmsg endianess little endtest Mac
1042 % LocalWords:  Intel Digital Motorola IBM VME PowerPC l'Intel xABCD ptr htonl
1043 % LocalWords:  all'endianess htons ntohl ntohs long hostlong hostshort netlong
1044 % LocalWords:  sort netshort host inet aton ntoa dotted decimal const char src
1045 % LocalWords:  strptr struct dest addrptr INADDR NULL pton ntop presentation af
1046 % LocalWords:  numeric EAFNOSUPPORT size ENOSPC ENOAFSUPPORT ADDRSTRLEN