\chapter{Introduzione ai socket}
\label{cha:socket_intro}
-In questo capitolo inizieremo a spiegare le caratteristiche principali della
+In questo capitolo inizieremo a spiegare le caratteristiche salienti della
principale interfaccia per la programmazione di rete, quella dei
-\textit{socket}, che pur essendo nata in unix è usata ormai da tutti i sistemi
-operativi.
+\textit{socket}, che, pur essendo nata in ambiente Unix è usata ormai da tutti
+i sistemi operativi.
Dopo una breve panoramica sulle caratteristiche di questa interfaccia vedremo
come creare un socket e come collegarlo allo specifico protocollo di rete che
-utilizzerà per la comunicazione. Per evitare un'introduzione puramente teorica
-concluderemo il capitolo con un primo esempio di applicazione.
+si utilizzerà per la comunicazione. Per evitare un'introduzione puramente
+teorica concluderemo il capitolo con un primo esempio di applicazione.
\section{Una panoramica}
\label{sec:sock_overview}
Iniziamo con una descrizione essenziale di cosa sono i \textit{socket} e di
quali sono i concetti fondamentali da tenere presente quando si ha a che fare
con essi.
+\index{socket|(}
+
\subsection{I \textit{socket}}
\label{sec:sock_socket_def}
-Il \textit{socket}\footnote{una traduzione letterale potrebbe essere
- \textsl{presa}, ma essendo universalmente noti come socket utilizzeremo
- sempre la parola inglese.} è uno dei principali meccanismi di comunicazione
-fra programmi utilizzato in ambito Unix. Il socket costituisce in sostanza un
-canale di comunicazione fra due processi su cui si possono leggere e scrivere
-dati analogo a quello di una pipe (vedi \secref{sec:ipc_pipes}) ma a
-differenza di questa e degli altri meccanismi esaminati nel capitolo
-\capref{cha:IPC} i socket non sono limitati alla comunicazione fra processi
-che girano sulla stessa macchina ma possono effettuare la comunicazione anche
-attraverso la rete.
-
-Quella dei socket costituisce infatti la principale API (\textit{Application
- Program Interface}) usata nella programmazione di rete. La loro origine
-risale al 1983, quando furono introdotti nel BSD 4.2; l'interfaccia è rimasta
-sostanzialmente la stessa con piccole modifiche negli anni successivi. Benché
-siano state sviluppate interfacce alternative, originate dai sistemi SVr4,
-come la XTI (\textit{X/Open Transport Interface}) nessuna ha mai raggiunto la
-diffusione e la popolarità di quella dei socket (né tantomeno la stessa
-usabilità e flessibilità).
-
-La flessibilità e la genericità dell'interfaccia inoltre ha consentito di
+I \textit{socket}\footnote{una traduzione letterale potrebbe essere
+ \textsl{presa}, ma essendo universalmente noti come \textit{socket}
+ utilizzeremo sempre la parola inglese.} sono uno dei principali meccanismi
+di comunicazione utilizzato in ambito Unix, e li abbiamo brevemente incontrati
+in \secref{sec:ipc_socketpair}, fra i vari meccanismi di intercominazione fra
+processi. Un socket costituisce in sostanza un canale di comunicazione fra due
+processi su cui si possono leggere e scrivere dati analogo a quello di una
+pipe (vedi \secref{sec:ipc_pipes}) ma, a differenza di questa e degli altri
+meccanismi esaminati nel capitolo \capref{cha:IPC}, i socket non sono limitati
+alla comunicazione fra processi che girano sulla stessa macchina, ma possono
+realizzare la comunicazione anche attraverso la rete.
+
+Quella dei socket costituisce infatti la principale interfaccia usata nella
+programmazione di rete. La loro origine risale al 1983, quando furono
+introdotti in BSD 4.2; l'interfaccia è rimasta sostanzialmente la stessa, con
+piccole modifiche, negli anni successivi. Benché siano state sviluppate
+interfacce alternative, originate dai sistemi SVr4 come la XTI (\textit{X/Open
+ Transport Interface}) nessuna ha mai raggiunto la diffusione e la popolarità
+di quella dei socket (né tantomeno la stessa usabilità e flessibilità).
+
+La flessibilità e la genericità dell'interfaccia inoltre consente di
utilizzare i socket con i più disparati meccanismi di comunicazione, e non
-solo con la suite dei protocolli TCP/IP, che sarà comunque quella di cui
-tratteremo in maniera più estesa.
+solo con l'insieme dei protocolli TCP/IP, anche se questa sarà comunque quella
+di cui tratteremo in maniera più estesa.
\subsection{Concetti base}
La scelta di uno stile dipende sia dai meccanismi disponibili, sia dal tipo di
comunicazione che si vuole effettuare. Ad esempio alcuni stili di
-comunicazione considerano i dati come una sequenza continua di byte, altri
-invece li raggruppano in blocchi (i pacchetti).
+comunicazione considerano i dati come una sequenza continua di byte, in quello
+che viene chiamato un \textsl{flusso} (in inglese \textit{stream}), mentre
+altri invece li raggruppano in \textsl{pacchetti} (in inglese
+\textit{datagram}) che vengono inviati in blocchi separati.
Un'altro esempio di stile concerne la possibilità che la comunicazione possa o
meno perdere dati, possa o meno non rispettare l'ordine in cui essi non sono
Un terzo esempio di stile di comunicazione concerne le modalità in cui essa
avviene, in certi casi essa può essere condotta con una connessione diretta
-con un solo partner come per una telefonata; altri casi possono prevedere una
-comunicazione come per lettera, in cui si scrive l'indirizzo su ogni
-pacchetto, altri ancora una comunicazione \textit{broadcast} come per la
-radio, in cui i pacchetti vengono emessi su appositi ``canali'' dove chiunque
-si collega possa riceverli.
+con un solo corrispondente, come per una telefonata; altri casi possono
+prevedere una comunicazione come per lettera, in cui si scrive l'indirizzo su
+ogni pacchetto, altri ancora una comunicazione \textit{broadcast} come per la
+radio, in cui i pacchetti vengono emessi su appositi ``\textsl{canali}'' dove
+chiunque si collega possa riceverli.
É chiaro che ciascuno di questi stili comporta una modalità diversa di gestire
la comunicazione, ad esempio se è inaffidabile occorrerà essere in grado di
-gestire la perdita o il rimescolamento dei dati.
+gestire la perdita o il rimescolamento dei dati, se è a pacchetti questi
+dovranno essere opportunamente trattati, ecc.
\section{La creazione di un \textit{socket}}
\label{sec:sock_socket}
La creazione di un socket avviene attraverso l'uso della funzione
-\func{socket}; questa restituisce un \textit{file descriptor}\footnote{del
+\funcd{socket}; essa restituisce un \textit{file descriptor}\footnote{del
tutto analogo a quelli che si ottengono per i file di dati e le pipe,
descritti in \secref{sec:file_fd}.} che serve come riferimento al socket; il
-suo protototipo è:
+suo prototipo è:
\begin{prototype}{sys/socket.h}{int socket(int domain, int type, int protocol)}
Apre un socket.
\item[\errcode{EINVAL}] Protocollo sconosciuto o dominio non disponibile.
\item[\errcode{ENOBUFS}] Non c'è sufficiente memoria per creare il socket
(può essere anche \errval{ENOMEM}).
- \end{errlist}}
+ \end{errlist}
+ inoltre, a seconda del protocollo usato, potranno essere generati altri
+ errori, che sono riportati nelle relative pagine di manuale.}
\end{prototype}
La funzione ha tre argomenti, \param{domain} specifica il dominio del socket
-(definisce cioè la famiglia di protocolli, come vedremo in
-\secref{sec:sock_domain}), \param{type} specifica il tipo di socket (definisce
-cioè lo stile di comunicazione, come vedremo in \secref{sec:sock_type}) e
+(definisce cioè, come vedremo in \secref{sec:sock_domain}, la famiglia di
+protocolli usata), \param{type} specifica il tipo di socket (definisce cioè,
+come vedremo in \secref{sec:sock_type}, lo stile di comunicazione) e
\param{protocol} il protocollo; in genere quest'ultimo è indicato
-implicitamente dal tipo di socket, per cui viene messo a zero (con l'eccezione
-dei \textit{raw socket}).
+implicitamente dal tipo di socket, per cui di norma questo valore viene messo
+a zero (con l'eccezione dei \textit{raw socket}).
Si noti che la creazione del socket si limita ad allocare le opportune
strutture nel kernel (sostanzialmente una voce nella \textit{file table}) e
Dati i tanti e diversi protocolli di comunicazione disponibili, esistono vari
tipi di socket, che vengono classificati raggruppandoli in quelli che si
chiamano \textsl{domini}. La scelta di un dominio equivale in sostanza alla
-scelta di una famiglia di protocolli. Ciascun dominio ha un suo nome simbolico
-che convenzionalmente inizia con \texttt{PF\_} da \textit{protocol family},
-altro nome con cui si indicano i domini.
-
-A ciascun tipo di dominio corrisponde un analogo nome simbolico che inizia per
-\texttt{AF\_} da \textit{address family}, e che identifica il formato degli
-indirizzi usati in quel dominio; le pagine di manuale di Linux si riferiscono
-a questi anche come \textit{name space}, (nome che però il manuale delle
-\acr{glibc} riserva ai domini) e che identifica il formato degli indirizzi
-usati in quel dominio.
-
-L'idea alla base della distinzione era che una famiglia di protocolli potesse
-supportare vari tipi di indirizzi, per cui il prefisso \texttt{PF\_} si
-sarebbe dovuto usare nella creazione dei socket e il prefisso \texttt{AF\_} in
-quello delle strutture degli indirizzi; questo è quanto specificato anche
-dallo standard POSIX.1g, ma non esistono a tuttora famiglie di protocolli che
-supportino diverse strutture di indirizzi, per cui nella pratica questi due
-nomi sono equivalenti e corrispondono agli stessi valori.
-
-I domini (e i relativi nomi simbolici), così come i nomi delle famiglie di
-indirizzi sono definiti dall'header \textit{socket.h}. In Linux le famiglie di
-protocolli disponibili sono riportate in \tabref{tab:net_pf_names}.
+scelta di una famiglia di protocolli, e viene effettuata attraverso
+l'argomento \param{domain} della funzione \func{socket}. Ciascun dominio ha un
+suo nome simbolico che convenzionalmente inizia con una costante che inizia
+per \texttt{PF\_}, iniziali di \textit{protocol family}, un altro nome con cui
+si indicano i domini.
+
+A ciascun tipo di dominio corrisponde un analogo nome simbolico, anch'esso
+associato ad una costante, che inizia invece per \texttt{AF\_} (da
+\textit{address family}) che identifica il formato degli indirizzi usati in
+quel dominio. Le pagine di manuale di Linux si riferiscono a questi indirizzi
+anche come \textit{name space},\footnote{nome che invece il manuale delle
+ \acr{glibc} riserva a quello che noi abbiamo chiamato domini.} dato che
+identificano il formato degli indirizzi usati in quel dominio per identificare
+i capi della comunicazione.
\begin{table}[htb]
\footnotesize
\centering
- \begin{tabular}[c]{|l|l|l|}
+ \begin{tabular}[c]{|l|l|l|l|}
\hline
- \textbf{Nome} & \textbf{Utilizzo} &\textbf{Man page} \\
+ \textbf{Nome}&\textbf{Valore}&\textbf{Utilizzo}&\textbf{Man page} \\
\hline
\hline
- \const{PF\_UNIX},
- \const{PF\_LOCAL} & Local communication & unix(7) \\
- \const{PF\_INET} & IPv4 Internet protocols & ip(7) \\
- \const{PF\_INET6} & IPv6 Internet protocols & ipv6(7) \\
- \const{PF\_IPX} & IPX - Novell protocols & \\
- \const{PF\_NETLINK}& Kernel user interface device & netlink(7) \\
- \const{PF\_X25} & ITU-T X.25 / ISO-8208 protocol & x25(7) \\
- \const{PF\_AX25} & Amateur radio AX.25 protocol & \\
- \const{PF\_ATMPVC} & Access to raw ATM PVCs & \\
- \const{PF\_APPLETALK}& Appletalk & ddp(7) \\
- \const{PF\_PACKET} & Low level packet interface & packet(7) \\
+ \const{PF\_UNSPEC} & 0& Non specificato & \\
+ \const{PF\_LOCAL} & 1& Local communication & unix(7) \\
+ \const{PF\_UNIX}, \const{PF\_FILE}&1& & \\
+ \const{PF\_INET} & 2& IPv4 Internet protocols & ip(7) \\
+ \const{PF\_AX25} & 3& Amateur radio AX.25 protocol & \\
+ \const{PF\_IPX} & 4& IPX - Novell protocols & \\
+ \const{PF\_APPLETALK}& 5& Appletalk & ddp(7) \\
+ \const{PF\_NETROM} & 6& Amateur radio NetROM & \\
+ \const{PF\_BRIDGE} & 7& Multiprotocol bridge & \\
+ \const{PF\_ATMPVC} & 8& Access to raw ATM PVCs & \\
+ \const{PF\_X25} & 9& ITU-T X.25 / ISO-8208 protocol& x25(7) \\
+ \const{PF\_INET6} &10& IPv6 Internet protocols & ipv6(7) \\
+ \const{PF\_ROSE} &11& Amateur Radio X.25 PLP & \\
+ \const{PF\_DECnet} &12& Reserved for DECnet project & \\
+ \const{PF\_NETBEUI} &13& Reserved for 802.2LLC project & \\
+ \const{PF\_SECURITY} &14& Security callback pseudo AF & \\
+ \const{PF\_KEY} &15& PF\_KEY key management API & \\
+ \const{PF\_NETLINK} &16& Kernel user interface device & netlink(7) \\
+ \const{PF\_PACKET} &17& Low level packet interface & packet(7) \\
+ \const{PF\_ASH} &18& Ash & \\
+ \const{PF\_ECONET} &19& Acorn Econet & \\
+ \const{PF\_ATMSVC} &20& ATM SVCs & \\
+ \const{PF\_SNA} &22& Linux SNA Project & \\
+ \const{PF\_IRDA} &23& IRDA sockets & \\
+ \const{PF\_PPPOX} &24& PPPoX sockets & \\
+ \const{PF\_WANPIPE} &25& Wanpipe API sockets & \\
+ \const{PF\_BLUETOOTH}&31& Bluetooth sockets & \\
\hline
\end{tabular}
- \caption{Famiglie di protocolli definiti in Linux}
+ \caption{Famiglie di protocolli definiti in Linux.}
\label{tab:net_pf_names}
\end{table}
-Non tutte le famiglie di protocolli sono accessibili dall'utente generico, ad
-esempio in generale tutti i socket di tipo \const{SOCK\_RAW} possono essere
-creati solo da processi che hanno i privilegi di root (cioè con userid
-effettivo uguale a zero) o con la capability \texttt{CAP\_NET\_RAW}.
+L'idea alla base della distinzione fra questi due insiemi di costanti era che
+una famiglia di protocolli potesse supportare vari tipi di indirizzi, per cui
+il prefisso \texttt{PF\_} si sarebbe dovuto usare nella creazione dei socket e
+il prefisso \texttt{AF\_} in quello delle strutture degli indirizzi; questo è
+quanto specificato anche dallo standard POSIX.1g, ma non esistono a tuttora
+famiglie di protocolli che supportino diverse strutture di indirizzi, per cui
+nella pratica questi due nomi sono equivalenti e corrispondono agli stessi
+valori numerici.\footnote{in Linux, come si può verificare andando a guardare
+ il contenuto di \file{bits/socket.h}, le costanti sono esattamente le stesse
+ e ciascuna \texttt{AF\_} è definita alla corrispondente \texttt{PF\_} e con
+ lo stesso nome.}
+
+I domini (e i relativi nomi simbolici), così come i nomi delle famiglie di
+indirizzi, sono definiti dall'header \textit{socket.h}. Un elenco delle
+famiglie di protocolli disponibili in Linux è riportato in
+\tabref{tab:net_pf_names}.\footnote{l'elenco indica tutti i protocolli
+ definiti; fra questi però saranno utilizzabili solo quelli per i quali si è
+ compilato il supporto nel kernel (o si sono caricati gli opportuni moduli),
+ viene definita anche una costante \const{PF\_MAX} che indica il valore
+ massimo associabile ad un dominio (nel caso il suo valore 32).}
+
+Si tenga presente che non tutte le famiglie di protocolli sono utilizzabili
+dall'utente generico, ad esempio in generale tutti i socket di tipo
+\const{SOCK\_RAW} possono essere creati solo da processi che hanno i privilegi
+di amministratore (cioè con user-ID effettivo uguale a zero) o dotati della
+capability \texttt{CAP\_NET\_RAW}.
\subsection{Il tipo, o stile}
La scelta di un dominio non comporta però la scelta dello stile di
comunicazione, questo infatti viene a dipendere dal protocollo che si andrà ad
-utilizzare fra quelli disponibili nella famiglia scelta. Le API permettono di
-scegliere lo stile di comunicazione indicando il tipo di socket; Linux e le
-\acr{glibc} mettono a disposizione i seguenti tipi di socket (che il manuale
-della \acr{glibc} chiama \textit{styles}) definiti come \ctyp{int} in
-\file{socket.h}:
-
-\begin{list}{}{}
-\item \const{SOCK\_STREAM} Provvede un canale di trasmissione dati
+utilizzare fra quelli disponibili nella famiglia scelta. L'interfaccia dei
+socket permette di scegliere lo stile di comunicazione indicando il tipo di
+socket con l'argomento \param{type} di \func{socket}. Linux mette a
+disposizione vari tipi di socket (che corrispondono a quelli che il manuale
+della \acr{glibc} \cite{glibc} chiama \textit{styles}) identificati dalle
+seguenti costanti:
+
+\begin{basedescript}{\desclabelwidth{2.8cm}\desclabelstyle{\nextlinelabel}}
+\item[\const{SOCK\_STREAM}] Provvede un canale di trasmissione dati
bidirezionale, sequenziale e affidabile. Opera su una connessione con un
altro socket. I dati vengono ricevuti e trasmessi come un flusso continuo di
- byte (da cui il nome \textit{stream}).
-\item \const{SOCK\_DGRAM} Viene usato per mandare pacchetti di lunghezza
- massima fissata (\textit{datagram}) indirizzati singolarmente, senza
- connessione e in maniera non affidabile. È l'opposto del precedente.
-\item \const{SOCK\_SEQPACKET} Provvede un canale di trasmissione di dati
+ byte (da cui il nome \textit{stream}).
+\item[\const{SOCK\_DGRAM}] Viene usato per trasmettere pacchetti di dati
+ (\textit{datagram}) di lunghezza massima fissata indirizzati singolarmente,
+ Non esiste una connessione e la trasmissione è effettuata in maniera non
+ affidabile.
+\item[\const{SOCK\_SEQPACKET}] Provvede un canale di trasmissione di dati
bidirezionale, sequenziale e affidabile. Opera su una connessione con un
- altro socket. I dati possono solo essere trasmessi e letti per pacchetti (di
- dimensione massima fissata).
-\item \const{SOCK\_RAW} Provvede l'accesso a basso livello ai protocolli di
+ altro socket. I dati possono vengono trasmessi per pacchetti di dimensione
+ massima fissata, ed devono essere letti integralmente da ciascuna
+ chiamata a \func{read}.
+\item[\const{SOCK\_RAW}] Provvede l'accesso a basso livello ai protocolli di
rete e alle varie interfacce. I normali programmi di comunicazione non
- devono usarlo.
-\item \const{SOCK\_RDM} Provvede un canale di trasmissione di pacchetti
- affidabile ma in cui non è garantito l'ordine di arrivo dei pacchetti.
-\item \const{SOCK\_PACKET} Obsoleto, non deve essere usato.
-\end{list}
+ devono usarlo, è riservato all'uso di sistema.
+\item[\const{SOCK\_RDM}] Provvede un canale di trasmissione di dati
+ affidabile, ma in cui non è garantito l'ordine di arrivo dei pacchetti.
+\item[\const{SOCK\_PACKET}] Obsoleto, non deve essere usato.
+\end{basedescript}
Si tenga presente che non tutte le combinazioni fra una famiglia di protocolli
e un tipo di socket sono valide, in quanto non è detto che in una famiglia
\begin{table}[htb]
\footnotesize
\centering
- \begin{tabular}{l|c|c|c|c|c|}
- \multicolumn{1}{c}{} &\multicolumn{1}{c}{\const{SOCK\_STREAM}}&
- \multicolumn{1}{c}{\const{SOCK\_DGRAM}} &
- \multicolumn{1}{c}{\const{SOCK\_RAW}} &
- \multicolumn{1}{c}{\const{SOCK\_PACKET}}&
- \multicolumn{1}{c}{\const{SOCK\_SEQPACKET}} \\
- \cline{2-6}
+ \begin{tabular}{|l|c|c|c|c|c|}
+ \hline
+ \multicolumn{1}{|c|}{\textbf{Famiglia}}&
+ \multicolumn{5}{|c|}{\textbf{Tipo}}\\
+ \hline
+ \hline
+ &\const{SOCK\_STREAM} &\const{SOCK\_DGRAM} &\const{SOCK\_RAW}&
+ \const{SOCK\_PACKET}&\const{SOCK\_SEQPACKET} \\
+ \hline
\const{PF\_UNIX} & si & si & & & \\
- \cline{2-6}
+ \hline
\const{PF\_INET} & TCP & UDP & IPv4 & & \\
- \cline{2-6}
+ \hline
\const{PF\_INET6} & TCP & UDP & IPv6 & & \\
- \cline{2-6}
+ \hline
\const{PF\_IPX} & & & & & \\
- \cline{2-6}
+ \hline
\const{PF\_NETLINK} & & si & si & & \\
- \cline{2-6}
+ \hline
\const{PF\_X25} & & & & & si \\
- \cline{2-6}
+ \hline
\const{PF\_AX25} & & & & & \\
- \cline{2-6}
+ \hline
\const{PF\_ATMPVC} & & & & & \\
- \cline{2-6}
+ \hline
\const{PF\_APPLETALK} & & si & si & & \\
- \cline{2-6}
+ \hline
\const{PF\_PACKET} & & si & si & & \\
- \cline{2-6}
+ \hline
\end{tabular}
\caption{Combinazioni valide di dominio e tipo di protocollo per la
funzione \func{socket}.}
\end{table}
In \secref{tab:sock_sock_valid_combinations} sono mostrate le combinazioni
-valide possibili per le varie famiglie di protocolli. Per ogni combinazione
-valida si è indicato il tipo di protocollo, o la parola \textsl{si} qualora
-non il protocollo non abbia un nome definito, mentre si sono lasciate vuote le
-caselle per le combinazioni non supportate.
-
+valide possibili per le principali famiglie di protocolli. Per ogni
+combinazione valida si è indicato il tipo di protocollo, o la parola
+\textsl{si} qualora non il protocollo non abbia un nome definito, mentre si
+sono lasciate vuote le caselle per le combinazioni non supportate.
\section{Le strutture degli indirizzi dei socket}
si limita ad allocare nel kernel quanto necessario per poter poi realizzare la
comunicazione.
-Gli indirizzi vengono specificati attraverso apposite strutture che vengono
-utilizzate dalle altre funzioni della API dei socket quando la comunicazione
-viene effettivamente realizzata.
-
-Ogni famiglia di protocolli ha ovviamente una sua forma di indirizzamento e in
-corrispondenza a questa una sua peculiare struttura degli indirizzi; i nomi di
-tutte queste strutture iniziano per \var{sockaddr\_}, quelli propri di
-ciascuna famiglia vengono identificati dal suffisso finale, aggiunto al nome
-precedente.
+Gli indirizzi infatti vengono specificati attraverso apposite strutture che
+vengono utilizzate dalle altre funzioni della interfaccia dei socket, quando
+la comunicazione viene effettivamente realizzata. Ogni famiglia di protocolli
+ha ovviamente una sua forma di indirizzamento e in corrispondenza a questa una
+sua peculiare struttura degli indirizzi. I nomi di tutte queste strutture
+iniziano per \var{sockaddr\_}; quelli propri di ciascuna famiglia vengono
+identificati dal suffisso finale, aggiunto al nome precedente.
\subsection{La struttura generica}
attraverso puntatori (cioè \textit{by reference}), ma le funzioni devono poter
maneggiare puntatori a strutture relative a tutti gli indirizzi possibili
nelle varie famiglie di protocolli; questo pone il problema di come passare
-questi puntatori, il C ANSI risolve questo problema coi i puntatori generici
-(i \ctyp{void *}), ma l'interfaccia dei socket è antecedente alla definizione
-dello standard ANSI, e per questo nel 1982 fu scelto di definire una struttura
-generica per gli indirizzi dei socket, \type{sockaddr}, che si è riportata in
-\figref{fig:sock_sa_gen_struct}.
+questi puntatori, il C moderno risolve questo problema coi i puntatori
+generici (i \ctyp{void *}), ma l'interfaccia dei socket è antecedente alla
+definizione dello standard ANSI C, e per questo nel 1982 fu scelto di definire
+una struttura generica per gli indirizzi dei socket, \struct{sockaddr}, che si
+è riportata in \figref{fig:sock_sa_gen_struct}.
\begin{figure}[!htb]
\footnotesize \centering
\begin{minipage}[c]{15cm}
- \begin{lstlisting}[labelstep=0]{}%,frame=,indent=1cm]{}
+ \begin{lstlisting}[stepnumber=0]{}
struct sockaddr {
sa_family_t sa_family; /* address family: AF_xxx */
char sa_data[14]; /* address (protocol-specific) */
};
\end{lstlisting}
\end{minipage}
- \caption{La struttura generica degli indirizzi dei socket \type{sockaddr}}
+ \caption{La struttura generica degli indirizzi dei socket
+ \structd{sockaddr}.}
\label{fig:sock_sa_gen_struct}
\end{figure}
Tutte le funzioni dei socket che usano gli indirizzi sono definite usando nel
prototipo un puntatore a questa struttura; per questo motivo quando si
invocano dette funzioni passando l'indirizzo di un protocollo specifico
-occorrerà eseguire un casting del relativo puntatore.
+occorrerà eseguire una conversione del relativo puntatore.
I tipi di dati che compongono la struttura sono stabiliti dallo standard
-POSIX.1g, riassunti in \tabref{tab:sock_data_types} con i rispettivi file di
-include in cui sono definiti; la struttura è invece definita nell'include file
-\file{sys/socket.h}.
+POSIX.1g e li abbiamo riassunti in \tabref{tab:sock_data_types} con i
+rispettivi file di include in cui sono definiti; la struttura è invece
+definita nell'include file \file{sys/socket.h}.
\begin{table}[!htb]
\centering
\end{table}
In alcuni sistemi la struttura è leggermente diversa e prevede un primo membro
-aggiuntivo \var{uint8\_t sin\_len} (come riportato da R. Stevens nei suoi
-libri). Questo campo non verrebbe usato direttamente dal programmatore e non è
-richiesto dallo standard POSIX.1g, in Linux pertanto non esiste. Il campo
-\type{sa\_family\_t} era storicamente un \ctyp{unsigned short}.
+aggiuntivo \code{uint8\_t sin\_len} (come riportato da R. Stevens in
+\cite{UNP1}). Questo campo non verrebbe usato direttamente dal programmatore e
+non è richiesto dallo standard POSIX.1g, in Linux pertanto non esiste. Il
+campo \type{sa\_family\_t} era storicamente un \ctyp{unsigned short}.
Dal punto di vista del programmatore l'unico uso di questa struttura è quello
di fare da riferimento per il casting, per il kernel le cose sono un po'
diverse, in quanto esso usa il puntatore per recuperare il campo
-\var{sa\_family} con cui determinare il tipo di indirizzo; per questo
-motivo, anche se l'uso di un puntatore \ctyp{void *} sarebbe più immediato
-per l'utente (che non dovrebbe più eseguire il casting), è stato mantenuto
-l'uso di questa struttura.
+\var{sa\_family}, comune a tutte le famiglie, con cui determinare il tipo di
+indirizzo; per questo motivo, anche se l'uso di un puntatore \ctyp{void *}
+sarebbe più immediato per l'utente (che non dovrebbe più eseguire il casting),
+è stato mantenuto l'uso di questa struttura.
\subsection{La struttura degli indirizzi IPv4}
\label{sec:sock_sa_ipv4}
I socket di tipo \const{PF\_INET} vengono usati per la comunicazione
-attraverso internet; la struttura per gli indirizzi per un socket internet
-(IPv4) è definita come \type{sockaddr\_in} nell'header file
-\file{netinet/in.h} e secondo le pagine di manuale ha la forma mostrata in
+attraverso internet; la struttura per gli indirizzi per un socket internet (se
+si usa IPv4) è definita come \struct{sockaddr\_in} nell'header file
+\file{netinet/in.h} ed ha la forma mostrata in
\figref{fig:sock_sa_ipv4_struct}, conforme allo standard POSIX.1g.
\begin{figure}[!htb]
\footnotesize\centering
\begin{minipage}[c]{15cm}
- \begin{lstlisting}[labelstep=0]{}%,frame=,indent=1cm]{}
+ \begin{lstlisting}[stepnumber=0]{}
struct sockaddr_in {
sa_family_t sin_family; /* address family: AF_INET */
- u_int16_t sin_port; /* port in network byte order */
+ in_port_t sin_port; /* port in network byte order */
struct in_addr sin_addr; /* internet address */
};
/* Internet address. */
struct in_addr {
- u_int32_t s_addr; /* address in network byte order */
+ in_addr_t s_addr; /* address in network byte order */
};
\end{lstlisting}
\end{minipage}
\caption{La struttura degli indirizzi dei socket internet (IPv4)
- \type{sockaddr\_in}.}
+ \structd{sockaddr\_in}.}
\label{fig:sock_sa_ipv4_struct}
\end{figure}
L'indirizzo di un socket internet (secondo IPv4) comprende l'indirizzo
-internet di un'interfaccia più un numero di porta. Il protocollo IP non
-prevede numeri di porta, che sono utilizzati solo dai protocolli di livello
-superiore come TCP e UDP. Questa struttura però viene usata anche per i socket
-RAW che accedono direttamente al livello di IP, nel qual caso il numero della
-porta viene impostato al numero di protocollo.
-
-Il membro \var{sin\_family} deve essere sempre impostato; \var{sin\_port}
-specifica il numero di porta (vedi \secref{sec:TCPel_port_num}; i numeri di
-porta sotto il 1024 sono chiamati \textsl{riservati} in quanto utilizzati da
-servizi standard. Soltanto processi con i privilegi di root (con userid
-effettivo uguale a zero) o con la capability \texttt{CAP\_NET\_BIND\_SERVICE}
-possono usare la funzione \func{bind} su queste porte.
-
-Il membro \var{sin\_addr} contiene l'indirizzo internet dell'altro capo
-della comunicazione, e viene acceduto sia come struttura (un resto di una
-implementazione precedente in cui questa era una \texttt{union} usata per
-accedere alle diverse classi di indirizzi) che come intero.
-
-Infine è da sottolineare che sia gli indirizzi che i numeri di porta devono
+internet di un'interfaccia più un \textsl{numero di porta} (affronteremo in
+dettaglio il significato di questi numeri in \secref{sec:TCPel_port_num}). Il
+protocollo IP non prevede numeri di porta, che sono utilizzati solo dai
+protocolli di livello superiore come TCP e UDP. Questa struttura però viene
+usata anche per i socket RAW che accedono direttamente al livello di IP, nel
+qual caso il numero della porta viene impostato al numero di protocollo.
+
+Il membro \var{sin\_family} deve essere sempre impostato a \const{AF\_INET},
+altrimenti si avrà un errore di \errcode{EINVAL}; il membro \var{sin\_port}
+specifica il \textsl{numero di porta}. I numeri di porta sotto il 1024 sono
+chiamati \textsl{riservati} in quanto utilizzati da servizi standard e
+soltanto processi con i privilegi di amministratore (con user-ID effettivo
+uguale a zero) o con la capability \texttt{CAP\_NET\_BIND\_SERVICE} possono
+usare la funzione \func{bind} (che vedremo in \secref{sec:TCPel_func_bind}) su
+queste porte.
+
+Il membro \var{sin\_addr} contiene un indirizzo internet, e viene acceduto sia
+come struttura (un resto di una implementazione precedente in cui questa era
+una \direct{union} usata per accedere alle diverse classi di indirizzi) che
+direttamente come intero. In \file{netinet/in.h} vengono definiti anche alcune
+costanti per alcuni indirizzi speciali, che vedremo in
+\tabref{tab:TCPel_ipv4_addr}.
+
+Infine occorre sottolineare che sia gli indirizzi che i numeri di porta devono
essere specificati in quello che viene chiamato \textit{network order}, cioè
con i bit ordinati in formato \textit{big endian}, questo comporta la
necessità di usare apposite funzioni di conversione per mantenere la
\subsection{La struttura degli indirizzi IPv6}
\label{sec:sock_sa_ipv6}
-Essendo IPv6 un'estensione di IPv4 i socket di tipo \const{PF\_INET6} sono
+Essendo IPv6 un'estensione di IPv4, i socket di tipo \const{PF\_INET6} sono
sostanzialmente identici ai precedenti; la parte in cui si trovano
-praticamente tutte le differenze è quella della struttura degli indirizzi. La
-struttura degli indirizzi è definita ancora in \file{netinet/in.h}.
+praticamente tutte le differenze fra i due socket è quella della struttura
+degli indirizzi; la sua definizione, presa da \file{netinet/in.h}, è riportata
+in \figref{fig:sock_sa_ipv6_struct}.
\begin{figure}[!htb]
\footnotesize \centering
\begin{minipage}[c]{15cm}
- \begin{lstlisting}[labelstep=0]{}%,frame=,indent=1cm]{}
+ \begin{lstlisting}[stepnumber=0]{}
struct sockaddr_in6 {
- u_int16_t sin6_family; /* AF_INET6 */
- u_int16_t sin6_port; /* port number */
- u_int32_t sin6_flowinfo; /* IPv6 flow information */
+ uint16_t sin6_family; /* AF_INET6 */
+ in_port_t sin6_port; /* port number */
+ uint32_t sin6_flowinfo; /* IPv6 flow information */
struct in6_addr sin6_addr; /* IPv6 address */
- u_int32_t sin6_scope_id; /* Scope id (new in 2.4) */
+ uint32_t sin6_scope_id; /* Scope id (new in 2.4) */
};
-
struct in6_addr {
- unsigned char s6_addr[16]; /* IPv6 address */
+ uint8_t s6_addr[16]; /* IPv6 address */
};
\end{lstlisting}
\end{minipage}
\caption{La struttura degli indirizzi dei socket IPv6
- \type{sockaddr\_in6}.}
+ \structd{sockaddr\_in6}.}
\label{fig:sock_sa_ipv6_struct}
\end{figure}
-Il campo \var{sin6\_family} deve essere sempre impostato ad
-\const{AF\_INET6}, il campo \var{sin6\_port} è analogo a quello di IPv4 e
-segue le stesse regole; il campo \var{sin6\_flowinfo} è a sua volta diviso
-in tre parti di cui i 24 bit inferiori indicano l'etichetta di flusso, i
-successivi 4 bit la priorità e gli ultimi 4 sono riservati; questi valori
-fanno riferimento ad alcuni campi specifici dell'header dei pacchetti IPv6
-(vedi \secref{sec:IP_ipv6head}) ed il loro uso è sperimentale.
-
-Il campo \var{sin6\_addr} contiene l'indirizzo a 128 bit usato da IPv6,
-infine il campo \var{sin6\_scope\_id} è un campo introdotto con il kernel
-2.4 per gestire alcune operazioni riguardanti il multicasting.
+Il campo \var{sin6\_family} deve essere sempre impostato ad \const{AF\_INET6},
+il campo \var{sin6\_port} è analogo a quello di IPv4 e segue le stesse regole;
+il campo \var{sin6\_flowinfo} è a sua volta diviso in tre parti di cui i 24
+bit inferiori indicano l'etichetta di flusso, i successivi 4 bit la priorità e
+gli ultimi 4 sono riservati. Questi valori fanno riferimento ad alcuni campi
+specifici dell'header dei pacchetti IPv6 (vedi \secref{sec:IP_ipv6head}) ed il
+loro uso è sperimentale.
+
+Il campo \var{sin6\_addr} contiene l'indirizzo a 128 bit usato da IPv6, infine
+il campo \var{sin6\_scope\_id} è un campo introdotto in Linux con il kernel
+2.4, per gestire alcune operazioni riguardanti il multicasting.
-Si noti che questa struttura è più grande di una \var{sockaddr} generica,
-quindi occorre stare attenti a non avere fatto assunzioni riguardo alla
-possibilità di contenere i dati nelle dimensioni di quest'ultima.
+Si noti che questa struttura ha una dimensione maggiore della struttura
+\struct{sockaddr} generica vista in \figref{fig:sock_sa_gen_struct}, quindi
+occorre stare attenti a non avere fatto assunzioni riguardo alla possibilità
+di contenere i dati nelle dimensioni di quest'ultima.
\subsection{La struttura degli indirizzi locali}
\label{sec:sock_sa_local}
I socket di tipo \const{PF\_UNIX} o \const{PF\_LOCAL} vengono usati per una
-comunicazione fra processi che stanno sulla stessa macchina (per vengono
-chiamati \textit{local domain} o anche \textit{Unix domain}); essi rispetto ai
-precedenti possono essere anche creati in maniera anonima attraverso la
-funzione \func{socketpair} (vedi \secref{sec:ipc_socketpair}). Quando però si
-vuole fare riferimento esplicito ad uno di questi socket si deve usare la
-seguente struttura di indirizzi definita nel file di header \file{sys/un.h}.
+comunicazione fra processi che stanno sulla stessa macchina (per questo
+vengono chiamati \textit{local domain} o anche \textit{Unix domain}); essi
+hanno la caratteristica ulteriore di poter essere creati anche in maniera
+anonima attraverso la funzione \func{socketpair} (che abbiamo trattato in
+\secref{sec:ipc_socketpair}). Quando però si vuole fare riferimento esplicito
+ad uno di questi socket si deve usare una struttura degli indirizzi di tipo
+\struct{sockaddr\_un}, la cui definizione si è riportata in
+\secref{fig:sock_sa_local_struct}.
\begin{figure}[!htb]
\footnotesize \centering
\begin{minipage}[c]{15cm}
- \begin{lstlisting}[labelstep=0]{}%,frame=,indent=1cm]{}
+ \begin{lstlisting}[stepnumber=0]{}
#define UNIX_PATH_MAX 108
struct sockaddr_un {
sa_family_t sun_family; /* AF_UNIX */
};
\end{lstlisting}
\end{minipage}
- \caption{La struttura degli indirizzi dei socket locali
- \var{sockaddr\_un}.}
+ \caption{La struttura degli indirizzi dei socket locali (detti anche
+ \textit{unix domain}) \structd{sockaddr\_un} definita in \file{sys/un.h}.}
\label{fig:sock_sa_local_struct}
\end{figure}
-In questo caso il campo \var{sun\_family} deve essere \const{AF\_UNIX},
-mentre il campo \var{sun\_path} deve specificare un indirizzo; questo ha
-due forme un file (di tipo socket) nel filesystem o una stringa univoca
-(tenuta in uno spazio di nomi astratto). Nel primo caso l'indirizzo viene
+In questo caso il campo \var{sun\_family} deve essere \const{AF\_UNIX}, mentre
+il campo \var{sun\_path} deve specificare un indirizzo. Questo ha due forme;
+può essere un file (di tipo socket) nel filesystem o una stringa univoca
+(mantenuta in uno spazio di nomi astratto). Nel primo caso l'indirizzo viene
specificato come una stringa (terminata da uno zero) corrispondente al
-pathname del file; nel secondo invece \var{sun\_path} inizia con uno zero
-vengono usati i restanti byte come stringa (senza terminazione).
+pathname del file; nel secondo invece \var{sun\_path} inizia con uno zero e
+vengono usati come nome i restanti byte come stringa, senza terminazione.
+
+
+\subsection{La struttura degli indirizzi AppleTalk}
+\label{sec:sock_sa_appletalk}
+
+I socket di tipo \const{PF\_APPLETALK} sono usati dalla libreria
+\file{netatalk} per implementare la comunicazione secondo il protocollo
+AppleTalk, uno dei primi protocolli di rete usato nel mondo dei personal
+computer, usato dalla Apple per connettere fra loro computer e stampanti. Il
+kernel supporta solo due strati del protocollo, DDP e AARP, e di norma è
+opportuno usare le funzioni della libreria \texttt{netatalk}, tratteremo qui
+questo argomento principalmente per mostrare l'uso di un protocollo
+alternativo.
+
+I socket AppleTalk permettono di usare il protocollo DDP, che è un protocollo
+a pacchetto, di tipo \const{SOCK\_DGRAM}; l'argomento \param{protocol} di
+\func{socket} deve essere nullo. È altresì possibile usare i socket raw
+specificando un tipo \const{SOCK\_RAW}, nel qual caso l'unico valore valido
+per \param{protocol} è \func{ATPROTO\_DDP}.
+
+Gli indirizzi AppleTalk devono essere specificati tramite una struttura
+\struct{sockaddr\_atalk}, la cui definizione è riportata in
+\figref{fig:sock_sa_atalk_struct}; la struttura viene dichiarata includendo il
+file \file{netatalk/at.h}.
+
+\begin{figure}[!htb]
+ \footnotesize \centering
+ \begin{minipage}[c]{15cm}
+ \begin{lstlisting}[stepnumber=0]{}
+struct sockaddr_atalk {
+ sa_family_t sat_family; /* address family */
+ uint8_t sat_port; /* port */
+ struct at_addr sat_addr; /* net/node */
+};
+struct at_addr {
+ uint16_t s_net;
+ uint8_t s_node;
+};
+ \end{lstlisting}
+ \end{minipage}
+ \caption{La struttura degli indirizzi dei socket AppleTalk
+ \structd{sockaddr\_atalk}.}
+ \label{fig:sock_sa_atalk_struct}
+\end{figure}
+
+Il campo \var{sat\_family} deve essere sempre \const{AF\_APPLETALK}, mentre il
+campo \var{sat\_port} specifica la porta che identifica i vari servizi. Valori
+inferiori a 129 sono usati per le \textsl{porte riservate}, e possono essere
+usati solo da processi con i privilegi di amministratore o con la capability
+\const{CAP\_NET\_BIND\_SERVICE}. L'indirizzo remoto è specificato nella
+struttura \var{sat\_addr}, e deve essere in \textit{network order} (vedi
+\secref{sec:sock_endianess}); esso è composto da un parte di rete data dal
+campo \var{s\_net}, che può assumere il valore \const{AT\_ANYNET}, che indica
+una rete generica e vale anche per indicare la rete su cui si è, il singolo
+nodo è indicato da \var{s\_node}, e può prendere il valore generico
+\const{AT\_ANYNODE} che indica anche il nodo corrente, ed il valore
+\const{ATADDR\_BCAST} che indica tutti i nodi della rete.
+
+
+\subsection{La struttura degli indirizzi dei \textit{packet socket}}
+\label{sec:sock_sa_packet}
+
+I \textit{packet socket}, identificati dal dominio \const{PF\_PACKET}, sono
+un'interfaccia specifica di Linux per inviare e ricevere pacchetti
+direttamente su un'interfaccia di rete, senza passare per le routine di
+gestione dei protocolli di livello superiore. In questo modo è possibile
+implementare dei protocolli in user space, agendo direttamente sul livello
+fisico. In genere comunque si preferisce usare la libreria \file{pcap}, che
+assicura la portabilità su altre piattaforme, anche se con funzionalità
+ridotte.
+
+Questi socket possono essere di tipo \const{SOCK\_RAW} o \const{SOCK\_DGRAM}.
+Con socket di tipo \const{SOCK\_RAW} si può operare sul livello di
+collegamento, ed i pacchetti vengono passati direttamente dal socket al driver
+del dispositivo e viceversa. In questo modo, in fase di trasmissione, il
+contenuto completo dei pacchetti, comprese le varie intestazioni, deve essere
+fornito dall'utente. In fase di ricezione invece tutto il contenuto del
+pacchetto viene passato inalterato sul socket, anche se il kernel analizza
+comunque il pacchetto, riempiendo gli opportuni campi della struttura
+\struct{sockaddr\_ll} ad esso associata.
+
+Si usano invece socket di tipo \const{SOCK\_DGRAM} quando si vuole operare a
+livello di rete. In questo caso in fase di ricezione l'intestazione del
+protocollo di collegamento viene rimossa prima di passare il resto del
+pacchetto all'utente, mentre in fase di trasmissione viene creata una
+opportuna intestazione per il protocollo a livello di collegamento
+utilizzato, usando le informazioni necessarie che devono essere specificate
+sempre con una struttura \struct{sockaddr\_ll}.
+
+Nella creazione di un \textit{packet socket} il valore dell'argomento
+\param{protocol} di \func{socket} serve a specificare, in \textit{network
+ order}, il numero identificativo del protocollo di collegamento si vuole
+utilizzare. I valori possibili sono definiti secondo lo standard IEEE 802.3, e
+quelli disponibili in Linux sono accessibili attraverso opportune costanti
+simboliche definite nel file \file{linux/if\_ether.h}. Se si usa il valore
+speciale \const{ETH\_P\_ALL} passeranno sul \textit{packet socket} tutti i
+pacchetti, qualunque sia il loro protocollo di collegamento. Ovviamente l'uso
+di questi socket è una operazione privilegiata e può essere effettuati solo da
+un processo con i privilegi di amministratore (user-ID effettivo nullo) o con
+la capability \const{CAP\_NET\_RAW}.
+
+Una volta aperto un \textit{packet socket}, tutti i pacchetti del protocollo
+specificato passeranno attraverso di esso, qualunque sia l'interfaccia da cui
+provengono; se si vuole limitare il passaggio ad una interfaccia specifica
+occorre usare la funzione \func{bind} per agganciare il socket a quest'ultima.
+
+\begin{figure}[!htb]
+ \footnotesize \centering
+ \begin{minipage}[c]{15cm}
+ \begin{lstlisting}[stepnumber=0]{}
+struct sockaddr_ll {
+ unsigned short sll_family; /* Always AF_PACKET */
+ unsigned short sll_protocol; /* Physical layer protocol */
+ int sll_ifindex; /* Interface number */
+ unsigned short sll_hatype; /* Header type */
+ unsigned char sll_pkttype; /* Packet type */
+ unsigned char sll_halen; /* Length of address */
+ unsigned char sll_addr[8]; /* Physical layer address */
+};
+ \end{lstlisting}
+ \end{minipage}
+ \caption{La struttura \structd{sockaddr\_ll} degli indirizzi dei
+ \textit{packet socket}.}
+ \label{fig:sock_sa_packet_struct}
+\end{figure}
+
+Nel caso dei \textit{packet socket} la struttura degli indirizzi è di tipo
+\struct{sockaddr\_ll}, e la sua definizione è riportata in
+\figref{fig:sock_sa_packet_struct}; essa però viene ad assumere un ruolo
+leggermente diverso rispetto a quanto visto finora per gli altri tipi di
+socket. Infatti se il socket è di tipo \const{SOCK\_RAW} si deve comunque
+scrivere tutto direttamente nel pacchetto, quindi la struttura non serve più a
+specificare gli indirizzi. Essa mantiene questo ruolo solo per i socket di
+tipo \const{SOCK\_DGRAM}, per i quali permette di specificare i dati necessari
+al protocollo di collegamento, mentre viene sempre utilizzata in lettura (per
+entrambi i tipi di socket), per la ricezione dei i dati relativi a ciascun
+pacchetto.
+
+Al solito il campo \var{sll\_family} deve essere sempre impostato al valore
+\const{AF\_PACKET}. Il campo \var{sll\_protocol} indica il protocollo scelto,
+e deve essere indicato in \textit{network order}, facendo uso delle costanti
+simboliche definite in \file{linux/if\_ether.h}. Il campo \var{sll\_ifindex} è
+l'indice dell'interfaccia, che, in caso di presenza di più interfacce dello
+stesso tipo (se ad esempio si hanno più schede ethernet), permette di
+selezionare quella con cui si vuole operare (un valore nullo indica qualunque
+interfaccia). Questi sono i due soli campi che devono essere specificati
+quando si vuole selezionare una interfaccia specifica, usando questa struttura
+con la funzione \func{bind}.
+
+I campi \var{sll\_halen} e \var{sll\_addr} indicano rispettivamente
+l'indirizzo associato all'interfaccia sul protocollo di collegamento e la
+relativa lunghezza; ovviamente questi valori cambiano a seconda del tipo di
+collegamento che si usa, ad esempio, nel caso di ethernet, questi saranno il
+MAC address della scheda e la relativa lunghezza. Essi vengono usati, insieme
+ai campi \var{sll\_family} e \var{sll\_ifindex} quando si inviano dei
+pacchetti, in questo caso tutti gli altri campi devono essere nulli.
+
+Il campo \var{sll\_hatype} indica il tipo ARP, come definito in
+\file{linux/if\_arp.h}, mentre il campo \var{sll\_pkttype} indica il tipo di
+pacchetto; entrambi vengono impostati alla ricezione di un pacchetto ed han
+senso solo in questo caso. In particolare \var{sll\_pkttype} può assumere i
+seguenti valori: \var{PACKET\_HOST} per un pacchetto indirizzato alla macchina
+ricevente, \var{PACKET\_BROADCAST} per un pacchetto di broadcast,
+\var{PACKET\_MULTICAST} per un pacchetto inviato ad un indirizzo fisico di
+multicast, \var{PACKET\_OTHERHOST} per un pacchetto inviato ad un'altra
+stazione (e ricevuto su un'interfaccia in modo promiscuo),
+\var{PACKET\_OUTGOING} per un pacchetto originato dalla propria macchina che
+torna indietro sul socket.
+
+Si tenga presente infine che in fase di ricezione, anche se si richiede il
+troncamento del pacchetto, le funzioni \func{recvmsg}, \func{recv} e
+\func{recvfrom} restituiranno comunque la lunghezza effettiva del pacchetto
+così come arrivato sulla linea.
+
+
+%% \subsection{La struttura degli indirizzi DECnet}
+%% \label{sec:sock_sa_decnet}
+
+%% I socket di tipo \const{PF\_DECnet} usano il protocollo DECnet, usato dai VAX
+%% Digital sotto VMS quando ancora il TCP/IP non era diventato lo standard di
+%% fatto. Il protocollo è un protocollo chiuso, ed il suo uso attuale è limitato
+%% alla comunicazione con macchine che stanno comunque scomparendo. Lo si riporta
+%% solo come esempio
+
% \subsection{Il passaggio delle strutture}
utile anche in seguito.
-\subsection{La \textit{endianess}}
+\subsection{La \textit{endianess}\index{endianess}}
\label{sec:sock_endianess}
La rappresentazione di un numero binario in un computer può essere fatta in
due modi, chiamati rispettivamente \textit{big endian} e \textit{little
endian} a seconda di come i singoli bit vengono aggregati per formare le
-variabili intere (in diretta corrispondenza a come sono poi in realtà cablati
-sui bus interni del computer).
+variabili intere (ed in genere in diretta corrispondenza a come sono poi in
+realtà cablati sui bus interni del computer).
Per capire meglio il problema si consideri un intero a 16 bit scritto in una
locazione di memoria posta ad un certo indirizzo. I singoli bit possono essere
-disposti un memoria in due modi, a partire dal più significativo o a partire
+disposti un memoria in due modi: a partire dal più significativo o a partire
dal meno significativo. Così nel primo caso si troverà il byte che contiene i
bit più significativi all'indirizzo menzionato e il byte con i bit meno
significativi nell'indirizzo successivo; questo ordinamento è detto
numero. Il caso opposto, in cui si parte dal bit meno significativo è detto
per lo stesso motivo \textit{big endian}.
-La \textit{endianess} di un computer dipende essenzialmente dalla architettura
-hardware usata; Intel e Digital usano il \textit{little endian}, Motorola,
-IBM, Sun (sostanzialmente tutti gli altri) usano il \textit{big endian}. Il
-formato della rete è anch'esso \textit{big endian}, altri esempi sono quello
-del bus PC, che è \textit{little endian}, o quello del bus VME che è
-\textit{big endian}.
+La \textit{endianess}\index{endianess} di un computer dipende essenzialmente
+dalla architettura hardware usata; Intel e Digital usano il \textit{little
+ endian}, Motorola, IBM, Sun (sostanzialmente tutti gli altri) usano il
+\textit{big endian}. Il formato della rete è anch'esso \textit{big endian},
+altri esempi di uso di questi formati sono quello del bus PCI, che è
+\textit{little endian}, o quello del bus VME che è \textit{big endian}.
Esistono poi anche dei processori che possono scegliere il tipo di formato
all'avvio e alcuni che, come il PowerPC o l'Intel i860, possono pure passare
\subsection{Le funzioni per il riordinamento}
\label{sec:sock_func_ord}
-Il problema connesso all'endianess è che quando si passano dei dati da un tipo
-di architettura all'altra i dati vengono interpretati in maniera diversa, e ad
-esempio nel caso dell'intero a 16 bit ci si ritroverà con i due byte in cui è
-suddiviso scambiati di posto, e ne sarà quindi invertito l'ordine di lettura
-per cui, per riavere il valore originale dovranno essere rovesciati.
-
-Per questo motivo si usano le seguenti funzioni di conversione che servono a
-tener conto automaticamente della possibile differenza fra l'ordinamento usato
-sul computer e quello che viene usato nelle trasmissione sulla rete; queste
-funzioni sono:
+Il problema connesso all'endianess\index{endianess} è che quando si passano
+dei dati da un tipo di architettura all'altra i dati vengono interpretati in
+maniera diversa, e ad esempio nel caso dell'intero a 16 bit ci si ritroverà
+con i due byte in cui è suddiviso scambiati di posto, e ne sarà quindi
+invertito l'ordine di lettura per cui, per riavere il valore originale,
+dovranno essere rovesciati.
+
+Per questo motivo si usano delle funzioni di conversione che servono a tener
+conto automaticamente della possibile differenza fra l'ordinamento usato sul
+computer e quello che viene usato nelle trasmissione sulla rete; queste
+funzioni sono \funcd{htonl}, \funcd{htons}, \funcd{ntonl} e \funcd{ntons} ed i
+rispettivi prototipi sono:
\begin{functions}
\headdecl{netinet/in.h}
\funcdecl{unsigned long int htonl(unsigned long int hostlong)}
- Converte l'intero a 32 bit \var{hostlong} dal formato della macchina a
+ Converte l'intero a 32 bit \param{hostlong} dal formato della macchina a
quello della rete.
\funcdecl{unsigned short int htons(unsigned short int hostshort)}
- Converte l'intero a 16 bit \var{hostshort} dal formato della macchina a
+ Converte l'intero a 16 bit \param{hostshort} dal formato della macchina a
quello della rete.
\funcdecl{unsigned long int ntonl(unsigned long int netlong)}
- Converte l'intero a 32 bit \var{netlong} dal formato della rete a quello
+ Converte l'intero a 32 bit \param{netlong} dal formato della rete a quello
della macchina.
\funcdecl{unsigned sort int ntons(unsigned short int netshort)}
- Converte l'intero a 16 bit \var{netshort} dal formato della rete a quello
+ Converte l'intero a 16 bit \param{netshort} dal formato della rete a quello
della macchina.
- \bodydesc{Tutte le funzioni restituiscono il valore convertito, e non hanno
- errori.}
+ \bodydesc{Tutte le funzioni restituiscono il valore convertito, e non
+ prevedono errori.}
\end{functions}
I nomi sono assegnati usando la lettera \texttt{n} come mnemonico per indicare
\label{sec:sock_func_ipv4}
Un secondo insieme di funzioni di manipolazione serve per passare dal formato
-binario usato nelle strutture degli indirizzi alla rappresentazione dei numeri
-IP che si usa normalmente.
+binario usato nelle strutture degli indirizzi alla rappresentazione simbolica
+dei numeri IP che si usa normalmente.
Le prime tre funzioni di manipolazione riguardano la conversione degli
indirizzi IPv4 da una stringa in cui il numero di IP è espresso secondo la
cosiddetta notazione \textit{dotted-decimal}, (cioè nella forma
-\texttt{192.160.0.1}) al formato binario (direttamente in \textit{network
+\texttt{192.168.0.1}) al formato binario (direttamente in \textit{network
order}) e viceversa; in questo caso si usa la lettera \texttt{a} come
-mnemonico per indicare la stringa. Dette funzioni sono:
-\begin{prototype}{arpa/inet.h}
- {int inet\_aton(const char *src, struct in\_addr *dest)}
- Converte la stringa puntata da \var{src} nell'indirizzo binario da
- memorizzare all'indirizzo puntato da \var{dest}, restituendo 0 in caso di
- successo e 1 in caso di fallimento (è espressa in questa forma in modo da
- poterla usare direttamente con il puntatore usato per passare la struttura
- degli indirizzi). Se usata con \var{dest} inizializzato a \val{NULL}
- effettua la validazione dell'indirizzo.
-\end{prototype}
-\begin{prototype}{arpa/inet.h}{in\_addr\_t inet\_addr(const char *strptr)}
- Restituisce l'indirizzo a 32 bit in network order a partire dalla stringa
- passata come parametro, in caso di errore restituisce il valore
- \const{INADDR\_NONE} che tipicamente sono trentadue bit a uno; questo
- comporta che la stringa \texttt{255.255.255.255}, che pure è un indirizzo
- valido, non può essere usata con questa funzione; per questo motivo essa è
- generalmente deprecata in favore della precedente.
-\end{prototype}
-\begin{prototype}{arpa/inet.h}{char *inet\_ntoa(struct in\_addr addrptr)}
- Converte il valore a 32 bit dell'indirizzo (espresso in \textit{network
- order}) restituendo il puntatore alla stringa che contiene l'espressione
- in formato dotted decimal. Si deve tenere presente che la stringa risiede in
- memoria statica, per cui questa funzione non è rientrante.
-\end{prototype}
+mnemonico per indicare la stringa. Dette funzioni sono \funcd{inet\_addr},
+\funcd{inet\_aton} e \funcd{inet\_ntoa}, ed i rispettivi prototipi sono:
+\begin{functions}
+ \headdecl{arpa/inet.h}
+
+ \funcdecl{in\_addr\_t inet\_addr(const char *strptr)} Converte la stringa
+ dell'indirizzo \textit{dotted decimal} in nel numero IP in network order.
+
+ \funcdecl{int inet\_aton(const char *src, struct in\_addr *dest)} Converte
+ la stringa dell'indirizzo \textit{dotted decimal} in un indirizzo IP.
+
+ \funcdecl{char *inet\_ntoa(struct in\_addr addrptr)}
+ Converte un indirizzo IP in una stringa \textit{dotted decimal}.
+
+ \bodydesc{Tutte queste le funzioni non generano codice di errore.}
+\end{functions}
+
+La prima funzione, \func{inet\_addr}, restituisce l'indirizzo a 32 bit in
+network order (del tipo \type{in\_addr\_t}) a partire dalla stringa passata
+nell'argomento \param{strptr}. In caso di errore (quando la stringa non esprime
+un indirizzo valido) restituisce invece il valore \const{INADDR\_NONE} che
+tipicamente sono trentadue bit a uno. Questo però comporta che la stringa
+\texttt{255.255.255.255}, che pure è un indirizzo valido, non può essere usata
+con questa funzione; per questo motivo essa è generalmente deprecata in favore
+di \func{inet\_aton}.
+
+La funzione \func{inet\_aton} converte la stringa puntata da \param{src}
+nell'indirizzo binario che viene memorizzato nell'opportuna struttura
+\struct{in\_addr} (si veda \secref{fig:sock_sa_ipv4_struct}) situata
+all'indirizzo dato dall'argomento \param{dest} (è espressa in questa forma in
+modo da poterla usare direttamente con il puntatore usato per passare la
+struttura degli indirizzi). La funzione restituisce 0 in caso di successo e 1
+in caso di fallimento. Se usata con \param{dest} inizializzato a \val{NULL}
+effettua la validazione dell'indirizzo.
+
+L'ultima funzione, \func{inet\_ntoa}, converte il valore a 32 bit
+dell'indirizzo (espresso in \textit{network order}) restituendo il puntatore
+alla stringa che contiene l'espressione in formato dotted decimal. Si deve
+tenere presente che la stringa risiede in memoria statica, per cui questa
+funzione non è rientrante.
\subsection{Le funzioni \func{inet\_pton} e \func{inet\_ntop}}
% \end{figure}
Entrambe le funzioni accettano l'argomento \param{af} che indica il tipo di
-indirizzo e può essere soltanto \const{AF\_INET} o \const{AF\_INET6}. I
-prototipi delle suddette funzioni sono i seguenti:
+indirizzo, e che può essere soltanto \const{AF\_INET} o \const{AF\_INET6}. La
+prima funzione, \funcd{inet\_pton}, serve a convertire una stringa in un
+indirizzo; il suo prototipo è:
\begin{prototype}{sys/socket.h}
{int inet\_pton(int af, const char *src, void *addr\_ptr)}
Converte l'indirizzo espresso tramite una stringa nel valore numerico.
- \bodydesc{La funzione restituisce un valore negativo se \var{af} specifica
- una famiglia di indirizzi non valida, settando \var{errno} a
+ \bodydesc{La funzione restituisce un valore negativo se \param{af} specifica
+ una famiglia di indirizzi non valida, con \var{errno} che assume il valore
\errcode{EAFNOSUPPORT}, un valore nullo se \param{src} non rappresenta un
indirizzo valido, ed un valore positivo in caso di successo.}
\end{prototype}
La funzione converte la stringa indicata tramite \param{src} nel valore
numerico dell'indirizzo IP del tipo specificato da \param{af} che viene
-memorizzato all'indirizzo puntato da \var{addr\_ptr}, la funzione restituisce
-un valore positivo in caso di successo, e zero se la stringa non rappresenta
-un indirizzo valido, e negativo se \var{af} specifica una famiglia di
-indirizzi non valida.
-
+memorizzato all'indirizzo puntato da \param{addr\_ptr}, la funzione
+restituisce un valore positivo in caso di successo, nullo se la stringa non
+rappresenta un indirizzo valido, e negativo se \param{af} specifica una
+famiglia di indirizzi non valida.
+La seconda funzione di conversione è \funcd{inet\_ntop} che converte un
+indirizzo in una stringa; il suo prototipo è:
\begin{prototype}{sys/socket.h}
{char *inet\_ntop(int af, const void *addr\_ptr, char *dest, size\_t len)}
- Converte la struttura dell'indirizzo puntata da \var{addr\_ptr} in una
- stringa che viene copiata nel buffer puntato dall'indirizzo \var{dest};
- questo deve essere preallocato dall'utente e la lunghezza deve essere almeno
- \const{INET\_ADDRSTRLEN} in caso di indirizzi IPv4 e
- \const{INET6\_ADDRSTRLEN} per indirizzi IPv6; la lunghezza del buffer deve
- comunque venire specificata attraverso il parametro \var{len}.
+ Converte l'indirizzo dalla relativa struttura in una stringa simbolica.
- \bodydesc{La funzione restituisce un puntatore non nullo a \var{dest} in
- caso di successo e un puntatore nullo in caso di fallimento, in
- quest'ultimo caso viene impostata la variabile \var{errno} con il valore
- \errval{ENOSPC} in caso le dimensioni dell'indirizzo eccedano la lunghezza
- specificata da \var{len} o \errval{ENOAFSUPPORT} in caso \var{af} non sia
- una famiglia di indirizzi valida.}
+ \bodydesc{La funzione restituisce un puntatore non nullo alla stringa
+ convertita in caso di successo e \val{NULL} in caso di fallimento, nel
+ qual caso \var{errno} assume i valori:
+ \begin{errlist}
+ \item[\errcode{ENOSPC}] le dimensioni della stringa con la conversione
+ dell'indirizzo eccedono la lunghezza specificata da \param{len}.
+ \item[\errcode{ENOAFSUPPORT}] la famiglia di indirizzi \param{af} non è
+ una valida.
+ \end{errlist}}
\end{prototype}
+La funzione converte la struttura dell'indirizzo puntata da \param{addr\_ptr}
+in una stringa che viene copiata nel buffer puntato dall'indirizzo
+\param{dest}; questo deve essere preallocato dall'utente e la lunghezza deve
+essere almeno \const{INET\_ADDRSTRLEN} in caso di indirizzi IPv4 e
+\const{INET6\_ADDRSTRLEN} per indirizzi IPv6; la lunghezza del buffer deve
+comunque venire specificata attraverso il parametro \param{len}.
+
Gli indirizzi vengono convertiti da/alle rispettive strutture di indirizzo
-(\var{struct in\_addr} per IPv4, e \var{struct in6\_addr} per IPv6), che
-devono essere precedentemente allocate e passate attraverso il puntatore
-\var{addr\_ptr}; il parametro \var{dest} di \func{inet\_ntop} non può essere
-nullo e deve essere allocato precedentemente.
+(una struttura \struct{in\_addr} per IPv4, e una struttura \struct{in6\_addr}
+per IPv6), che devono essere precedentemente allocate e passate attraverso il
+puntatore \param{addr\_ptr}; l'argomento \param{dest} di \func{inet\_ntop} non
+può essere nullo e deve essere allocato precedentemente.
Il formato usato per gli indirizzi in formato di presentazione è la notazione
-\textit{dotted decimal} per IPv4 e quella descritta in
+\textit{dotted decimal} per IPv4 e quello descritto in
\secref{sec:IP_ipv6_notation} per IPv6.
+\index{socket|)}
\section{Un esempio di applicazione}
Per evitare di rendere questa introduzione ai socket puramente teorica
iniziamo con il mostrare un esempio di un client TCP elementare. Prima di
-passare agli esempi del client e del server, esamineremo una caratteristica
-delle funzioni di I/O sui socket che ci tornerà utile anche in seguito.
+passare agli esempi del client e del server, ritorniamo con maggiori dettagli
+su una caratteristica delle funzioni di I/O, già accennata in
+\secref{sec:file_read} e \secref{sec:file_write}, che nel caso dei socket è
+particolarmente rilevante, e che ci tornerà utile anche in seguito.
\subsection{Il comportamento delle funzioni di I/O}
\label{sec:sock_io_behav}
-Una cosa di cui non sempre si è consapevoli quando si ha a che fare con i
-socket è che le funzioni di input/output non sempre hanno lo stesso
-comportamento che avrebbero con i normali files (in particolare questo accade
-per i socket di tipo stream).
+Una cosa che si tende a dimenticare quando si ha a che fare con i socket è che
+le funzioni di input/output non sempre hanno lo stesso comportamento che
+avrebbero con i normali file di dati (in particolare questo accade per i
+socket di tipo stream).
Infatti con i socket è comune che funzioni come \func{read} o \func{write}
possano restituire in input o scrivere in output un numero di byte minore di
quello richiesto. Come già accennato in \secref{sec:file_read} questo è un
-comportamento normale anche per l'I/O su file, e succede
-perché si eccede in lettura o scrittura il limite di buffer del kernel.
+comportamento normale per l'I/O su file, ma con i normali file di dati il
+problema si avverte solo quando si incontra la fine del file, in generale non
+è così, e con i socket questo è particolarmente evidente.
-In questo caso tutto quello che il programma chiamante deve fare è di ripetere
-la lettura (o scrittura) per la quantità di byte rimanenti (lo stesso può
-avvenire scrivendo più di 4096 byte in una pipe, dato che quello è il limite
-di solito adottato per il buffer di trasmissione del kernel).
+Quando ci si trova ad affrontare questo comportamento tutto quello che si deve
+fare è semplicemente ripetere la lettura (o la scrittura) per la quantità di
+byte restanti, tenendo conto che le funzioni si possono bloccare se i dati non
+sono disponibili: è lo stesso comportamento che si può avere scrivendo più di
+\const{PIPE\_BUF} byte in una pipe (si riveda quanto detto in
+\secref{sec:ipc_pipes}).
\begin{figure}[htb]
\centering
\begin{lstlisting}{}
#include <unistd.h>
-ssize_t SockRead(int fd, void *buf, size_t count)
+ssize_t FullRead(int fd, void *buf, size_t count)
{
size_t nleft;
ssize_t nread;
return (count - nleft);
}
\end{lstlisting}
- \caption{Funzione \func{SockRead}, legge \var{count} byte da un socket }
- \label{fig:sock_SockRead_code}
+ \caption{Funzione \func{FullRead}, legge esattamente \var{count} byte da un
+ file descriptor, iterando opportunamente le letture.}
+ \label{fig:sock_FullRead_code}
\end{figure}
-Per questo motivo seguendo l'esempio di W. R. Stevens si sono definite due
-funzioni \func{SockRead} e \func{SockWrite} che eseguono la lettura da un
-socket tenendo conto di questa caratteristica, ed in grado di ritornare dopo
-avere letto o scritto esattamente il numero di byte specificato; il sorgente è
-riportato in \figref{fig:sock_SockRead_code} e
-\figref{fig:sock_SockWrite_code} ed è disponibile fra i sorgenti allegati alla
-guida nei files \file{SockRead.c} e \file{SockWrite.c}.
+Per questo motivo, seguendo l'esempio di W. R. Stevens in \cite{UNP1}, si sono
+definite due funzioni, \func{FullRead} e \func{FullWrite}, che eseguono
+lettura e scrittura tenendo conto di questa caratteristica, ed in grado di
+ritornare dopo avere letto o scritto esattamente il numero di byte
+specificato; il sorgente è riportato rispettivamente in
+\figref{fig:sock_FullRead_code} e \figref{fig:sock_FullWrite_code} ed è
+disponibile fra i sorgenti allegati alla guida nei file \file{FullRead.c} e
+\file{FullWrite.c}.
\begin{figure}[htb]
\centering
\begin{lstlisting}{}
#include <unistd.h>
-ssize_t SockWrite(int fd, const void *buf, size_t count)
+ssize_t FullWrite(int fd, const void *buf, size_t count)
{
size_t nleft;
ssize_t nwritten;
return (count);
}
\end{lstlisting}
- \caption{Funzione \func{SockWrite}, scrive \var{count} byte su un socket }
- \label{fig:sock_SockWrite_code}
+ \caption{Funzione \func{FullWrite}, scrive \var{count} byte su un socket.}
+ \label{fig:sock_FullWrite_code}
\end{figure}
Come si può notare le funzioni ripetono la lettura/scrittura in un ciclo fino
l'errore viene ritornato interrompendo il ciclo.
Nel caso della lettura, se il numero di byte letti è zero, significa che si è
-arrivati alla fine del file e pertanto si ritorna senza aver concluso la
-lettura di tutti i byte richiesti.
+arrivati alla fine del file (per i socket questo significa in genere che
+l'altro capo è stato chiuso, e non è quindi più possibile leggere niente) e
+pertanto si ritorna senza aver concluso la lettura di tutti i byte richiesti.
Il primo passo (\texttt{\small 14--18}) è creare un \textit{socket} IPv4
(\const{AF\_INET}), di tipo TCP \const{SOCK\_STREAM}. La funzione
-\const{socket} ritorna il descrittore che viene usato per identificare il
+\func{socket} ritorna il descrittore che viene usato per identificare il
socket in tutte le chiamate successive. Nel caso la chiamata fallisca si
stampa un errore con la relativa routine e si esce.
Il passo seguente (\texttt{\small 19--27}) è quello di costruire un'apposita
-struttura \type{sockaddr\_in} in cui sarà inserito l'indirizzo del server ed
+struttura \struct{sockaddr\_in} in cui sarà inserito l'indirizzo del server ed
il numero della porta del servizio. Il primo passo è inizializzare tutto a
zero, per poi inserire il tipo di protocollo e la porta (usando per
quest'ultima la funzione \func{htons} per convertire il formato dell'intero
sono omesse le parti relative al trattamento delle opzioni da riga di comando.
La creazione del socket (\texttt{\small 22--26}) è analoga al caso precedente,
-come pure l'inizializzazione della struttura \type{sockaddr\_in}, anche in
+come pure l'inizializzazione della struttura \struct{sockaddr\_in}, anche in
questo caso si usa la porta standard del servizio daytime, ma come indirizzo
IP si il valore predefinito \const{INET\_ANY} che corrisponde ad un indirizzo
generico (\texttt{\small 27--31}).
attiva e il terminale da cui lo si è lanciato è stato sconnesso),
occorrerebbero delle opportune modifiche.
+
+
%%% Local Variables:
%%% mode: latex
%%% TeX-master: "gapil"
projects / gapil.git / blobdiff