\section{Le funzioni di conversione degli indirizzi}
\label{sec:sock_addr_func}
-Come accennato gli indirizzi internet e i numero di porta espressi in formato
-big endian. In genere la rappresentazione di un numbero binario in un computer
-può essere fatta in due modi, chiamati rispettivamente \textit{big endian} e
-\textit{little endian} a seconda di come i bit sono aggregati per formare le
-unità più grandi.
-
-Si consideri ad esempio 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 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 little endian dato che
-il dato finale è la parte ``piccola'' del numero. Il caso opposto, in cui si
-parte dal bit meno significativo è detto big endian.
+Come accennato gli indirizzi internet e i numeri di porta usati nella rete
+devono essere forniti in formato big endian. In genere la rappresentazione di
+un numbero 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).
+
+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
+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 little
+endian dato che il dato finale è la parte ``piccola'' del numero. Il caso
+opposto, in cui si parte dal bit meno significativo è detto per lo stesso
+motivo big endian.
La \textit{endianess} di un computer dipende essenzialmente dalla architettura
-usata; intel e digital usano il little endian, motorola, ibm, sun
+hardware usata; intel e digital usano il little endian, motorola, ibm, sun
(sostanzialmente tutti gli altri) usano il big endian. Il formato della rete è
-anch'esso big endian. Esistono poi anche dei sistemi che possono scegliere il
-tipo di formato e alcuni, come il PowerPC o l'intel i860, possono pure passare
-da un tipo all'altro; ma in generale un sistema ha un suo specifico
-comportamento a questo riguardo.
-
-Il problema si pone quando si passano dei dati da un tipo di archiettura
-all'altra dato che, con l'eccezione dei tipi numerici ad otto bit, tutti gli
-altri si ritrovano rovesciati.
-
-Per questo motivo si usano le seguenti funzioni di conversione che tengano
-conto della differenza delle architetture:
+anch'esso big endian. Esistono poi anche dei processori che possono scegliere
+il tipo di formato all'avvio e alcuni, come il PowerPC o l'intel i860, possono
+pure passare da un tipo all'altro con una specifica istruzione; in ogni caso
+in linux l'ordinamanento è definito dall'archiettura e anche se questi
+cambiamenti sono possibili anche dopo che il sistema è avviato, non vengono
+mai eseguiti.
+
+Il problema connesso all'endianess è che quando si passano dei dati da un tipo
+di architettura all'altra; in questo caso infatti nel passaggio i dati vengono
+interpretati in maniera diversa, e nel caso dell'esempio dell'intero a 16 bit
+ci si ritroverà con i due bytes componenti scambiati di posto, mentre in
+generale ne sarà invertito l'ordine di lettura e andranno perciò rovesciati.
+
+Per questo motivo si usano le seguenti funzioni di conversione (i cui
+prototipi sono definiti in \texttt{netinet/in.h}) che servono a tener conto
+automaticamente della possibile differenza fra l'ordinamento usato sul
+computer e quello che viene usato nelle trasmissione sulla rete:
\begin{itemize}
\item \texttt{unsigned long int htonl(unsigned long int hostlong)}
Converte l'intero a 16 bit \texttt{netshort} dal formato della rete a quello
della macchina.
\end{itemize}
-in cui la lettera $n$ è uno mnemonico per indicare l'ordinamento usato sulla
-rete (da \textit{network order}) e la lettere $h$ uno mnemonico per
-l'ordinamento usato sulla macchina locale (da \textit{host order}), mentre le
-lettere $s$ e $l$ stanno ad indicare i tipi di dato (riportati anche dai
-prototipi).
-
-Usando queste funzioni si ha la conversione automatica in caso di necessità
-(nel caso pure la macchina sia in big endian queste funzioni sono definite
-come macro che non fanno nulla).
-
-A parte i problemi connessi con l'ordinamento dei bit esistono poi altre
-funzioni connesse alla manipolazione degli indirizzi internet, in particolare
-per convertire indirizzi espressi in forma di stringa (di più immediata
-manipolazione ``umana'') nella forma binaria usata nelle strutture degli
-indirizzi.
-
-Le prime tre funzioni riguardano la conversione degli indirizzi IPv4 fra
-l'espressione come stringhe \textit{dotted-decimal}, cioè del tipo
-\texttt{192.160.0.1} al formato binario ordinato secondo la rete:
+I nomi sono assegnati usando la lettera $n$ come mnemonico per indicare
+l'ordinamento usato sulla rete (da \textit{network order}) e la lettera $h$
+come mnemonico per l'ordinamento usato sulla macchina locale (da \textit{host
+ order}), mentre le lettere $s$ e $l$ stanno ad indicare i tipi di dato
+(\texttt{long} o \texttt{short}, riportati anche dai prototipi).
+
+Usando queste funzioni si ha la conversione automatica (nel caso pure la
+macchina sia in big endian queste funzioni sono definite come macro che non
+fanno nulla); esse vanno sempre utilizzate per assicurare la portabilità del
+codice su tutte le architetture.
+
+
+Un secondo insieme di funzioni di manipolazione (i cui prototipi sono definiti
+in \texttt{arpa/inet.h}) serve per passare dal formato binario usato nelle
+strutture degli indirizzi alla rappresentazione dei numeri IP che si usa
+normalente.
+
+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
+ order}) e viceversa; in questo caso si usa la lettera $a$ come mnemonico per
+indicare la stringa. Dette funzioni sono:
\begin{itemize}
-\item \texttt{int inet\_aton(const char *strptr, struct in\_addr *addrptr)}
+\item \texttt{int inet\_aton(const char *src, struct in\_addr *dest)}
- Converte la stringa puntata da \texttt{strptr} nell'indirizzo binario da
- memorizzare all'indirizzo puntato da \texttt{addrptr}, restituendo 0 in caso
+ Converte la stringa puntata da \texttt{src} nell'indirizzo binario da
+ memorizzare all'indirizzo puntato da \texttt{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 \texttt{addrptr} inizializzato a
+ degli indirizzi). Se usata con \texttt{dest} inizializzato a
\texttt{NULL} effettua la validazione dell'indirizzo.
-\item \texttt{in\_addr\_t inet\_addr(const char *strptr)}
+\item \texttt{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
- \texttt{INADDR\_NONE} (che tipicamente sono trentadue bit a uno, il che
- significa che la stringa \texttt{255.255.255.255} non può essere un
- indirizzo valido). Questa funzione è generalmente deprecata in favore della
- precedente.
-
+ \texttt{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.
+
\item \texttt{char *inet\_ntop(struct in\_addr addrptr)}
- Questa funzione converte il valore a 32 bit in network order dell'indirizzo
- in una stringa. La stringe risiede in memoria statica, per cui questa
- funzione non è rientrante, inoltre, in maniera abbastanza atipica, prende in
- ingresso una struttura e non un puntarore.
+ Converte il valore a 32 bit dell'indirizzo (espresso in 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{itemize}
-Queste funzioni sono limitate solo ad IPv4, per questo motivo è preferibile
-usare le due nuove funzioni \texttt{inet\_pton} e \texttt{inet\_ntop} che
-funzionano anche per indirizzi IPv6. In questo caso le lettere $n$ e $p$ sono
-gli mnemonici per ricordare il tipo di conversione effettuato e stanno per
+Le tre funzioni precedenti sono però limitate solo ad IPv4, per questo motivo
+è preferibile usare le due nuove funzioni \texttt{inet\_pton} e
+\texttt{inet\_ntop} che possono convertire anche gli indirizzi IPv6 (secondo
+lo schema in \nfig). Anche in questo caso le lettere $n$ e $p$ sono gli
+mnemonici per ricordare il tipo di conversione effettuata e stanno per
\textit{presentation} e \textit{numeric}.
+\begin{figure}[htb]
+ \centering
+
+ \caption{Schema della rappresentazioni utilizzate dalle funzioni di
+ conversione \texttt{inet\_pton} e \texttt{inet\_ntop} }
+ \label{fig:sock_inet_conv_func}
+
+\end{figure}
+
+Entrambe le funzioni accettano l'argomento \texttt{family} che indica il tipo
+di indirizzo e può essere \texttt{AF\_INET} o \texttt{AF\_INET6}. Se la
+famiglia indicata non è valida entrambe le funzioni ritornano un valore
+negativo e settano la variabile \texttt{errno} al valore
+\texttt{EAFNOSUPPORT}. I prototipi delle suddette funzioni sono i seguenti:
\begin{itemize}
-\item \texttt{int inet\_pton(int family, const char *strptr, void *addrptr)}
-
- Converte la stringa puntata da \texttt{strptr} nell'indirizzo binario da
- memorizzare all'indirizzo puntato da \texttt{addrptr}, 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 \texttt{addrptr} inizializzato a
- \texttt{NULL} effettua la validazione dell'indirizzo.
+\item \texttt{int inet\_pton(int family, const char *src, void *dest)}
+ Converte la stringa puntata da \texttt{src} nell'indirizzo binario da
+ memorizzare all'indirizzo puntato da \texttt{dest}, restituendo 0 in caso di
+ successo e 1 in caso di fallimento.
-\item \texttt{char *inet\_ntop(int family, const void *addrptr, char *strptr,
+\item \texttt{char *inet\_ntop(int family, const void *src, char *dest,
size\_t len)}
- Questa funzione converte il valore a 32 bit in network order dell'indirizzo
- in una stringa. La stringe risiede in memoria statica, per cui questa
- funzione non è rientrante, inoltre, in maniera abbastanza atipica, prende in
- ingresso una struttura e non un puntatore.
+ Converte la struttura dell'indirizzo puntata da \texttt{src} in una stringa
+ che viene copiata nel buffer puntato dall'indirizzo \texttt{dest}; questo
+ deve essere preallocato dall'utente e la lunghezza deve essere almeno
+ \texttt{INET\_ADDRSTRLEN} in caso di indirizzi IPv4 e
+ \texttt{INET6\_ADDRSTRLEN} per indirizzi IPv6; la lunghezza del buffer deve
+ comunque venire specificata attraverso il parametro \texttt{len}.
+
+ La funzione restituisce un puntatore non nullo a \texttt{dest} in caso di
+ successo e un puntatore nullo in caso di fallimento, in quest'ultimo caso
+ viene settata la variabile \texttt{errno} con il valore \texttt{ENOSPC} in
+ caso le dimensioni dell'indirizzo eccedano la lunghezza specificata da
+ \texttt{len}.
\end{itemize}
+\section{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).
+
+Infatti con i socket può accadere che funzioni come \texttt{read} o
+\texttt{write} possano restituire in input o scrivere in output un numero di
+bytes minore di quello richiesto. Questo è un comportamento normale e non un
+errore, e succede perché si eccede il limite di buffer del kernel. In questo
+caso tutto quello che il programma chiamante deve fare è di ripetere la
+lettura (o scrittura) per la quantità di bytes rimanenti (lo stesso può
+avvenire scrivendo più di 4096 bytes in una pipe, dato che quello è il limite
+di solito adottato per il buffer di trasmissione del kernel).
+
+\begin{figure}[htb]
+ \centering
+ \footnotesize
+ \begin{lstlisting}{}
+#include <unistd.h>
+
+ssize_t SockRead(int fd, void *buf, size_t count)
+{
+ size_t nleft;
+ ssize_t nread;
+
+ nleft = count;
+ while (nleft > 0) { /* repeat until no left */
+ if ( (nread = read(fd, buf, nleft)) < 0) {
+ if (errno == EINTR) { /* if interrupted by system call */
+ continue; /* repeat the loop */
+ } else {
+ return(nread); /* otherwise exit */
+ }
+ } else if (nread == 0) { /* EOF */
+ break; /* break loop here */
+ }
+ nleft -= nread; /* set left to read */
+ buf +=nread; /* set pointer */
+ }
+ return (count - nleft);
+}
+ \end{lstlisting}
+ \caption{Funzione \texttt{SockRead}, legge $n$ bytes da un socket }
+ \label{fig:sock_SockRead_code}
+\end{figure}
+
+Per questo motivo seguendo l'esempio di W. R. Stevens si sono definite due
+funzioni \texttt{SockRead} e \texttt{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 bytes specificato; il sorgente
+è riportato in \curfig\ e \nfig\ ed è disponibile fra i sorgenti allegati alla
+guida nei files \texttt{SockRead.c} e \texttt{SockWrite.c}.
+
+\begin{figure}[htb]
+ \centering
+ \footnotesize
+ \begin{lstlisting}{}
+#include <unistd.h>
+
+ssize_t SockWrite(int fd, const void *buf, size_t count)
+{
+ size_t nleft;
+ ssize_t nwritten;
+
+ nleft = count;
+ while (nleft > 0) { /* repeat until no left */
+ if ( (nwritten = write(fd, buf, nleft)) < 0) {
+ if (errno == EINTR) { /* if interrupted by system call */
+ continue; /* repeat the loop */
+ } else {
+ return(nwritten); /* otherwise exit with error */
+ }
+ }
+ nleft -= nwritten; /* set left to write */
+ buf +=nwritten; /* set pointer */
+ }
+ return (count);
+}
+ \end{lstlisting}
+ \caption{Funzione \texttt{SockWrite}, scrive $n$ bytes su un socket }
+ \label{fig:sock_SockWrite_code}
+\end{figure}
+
+Come si può notare le funzioni ripetono la lettura/scrittura in un loop fino
+all'esaurimento del numero di bytes richiesti, in caso di errore viene
+controllato se questo è \texttt{EINTR} (cioè un'interruzione della system call
+dovuta ad un segnale), nel qual caso l'accesso viene ripetuto, altrimenti
+l'errore viene ritornato interrompendo il loop.
+
+Nel caso della lettura se il numero di bytes letti è zero significa che è
+arrivati alla fine del file e pertanto si ritorna senza aver concluso la
+lettura di tutti i bytes richiesti.
+
\chapter{Socket TCP elementari}
\label{cha:elem_TCP_sock}
-Esamineremo in questo capitolo quanto necessario per capire come scrivere un
-client e un server TCP, riprendendo quanto visto in \ref{sec:net_cli_sample} e
-\ref{sec:net_cli_server}.
+In questo capitolo esamineremo i vari dettagli necessari per capire il
+funzionamento dei socket TCP, partendo dai due esempi elementari visti in
+precedenza (vedi \ref{sec:net_cli_sample} e \ref{sec:net_cli_server}), per
+arrivare a scrivere una semplice applicazione client/server completa
+(l'implementazione del servizio \texttt{time} su TCP).
+
+Tratteremo qui dunque il funzionamento delle varie funzioni che si sono usate
+nell'esempio precedente e daremo una descrizione delle principali
+caratteristiche del funzionamento di una connessione TCP.
+
+\section{Il funzionamento di una connessione TCP}
+\label{sec:TCPel_connession}
+
+Prima di entrare nei dettagli del funzionamento delle funzioni della
+interfaccia dei socket che operano con TCP (\texttt{connect}, \texttt{accept},
+\texttt{close}) è fondamentale capire alcune basi del funzionamento di una
+connessione TCP, in particolare su come la si stabilisce e come la si
+conclude e sul diagramma degli stati del TCP.
+\subsection{Creazione: il \textit{three way handshake}}
+\label{sec:TCPel_conn_cre}
+\subsection{Il significato delle opzioni del TCP}
+\label{sec:TCPel_TCP_opt}
-\subsection{Creazione e terminazione della connessione TCP}
+\subsection{La terminazione della connessione}
+\label{sec:TCPel_conn_term}
+
+\subsection{Il diagramma delle transizioni di stato}
+\label{sec:TCPel_trans_dia}
+
+\subsection{Lo stato \texttt{TIME\_WAIT}}
+\label{sec:TCPel_time_wait}
+
+
+\section{I numeri di porta}
+\label{sec:TCPel_ports}
+
+\section{Le funzioni dei socket TCP}
+\label{sec:TCPel_functions}
+
+\subsection{La funzione \texttt{connect}}
+\label{sec:TCPel_func_connect}
+
+\subsection{La funzione \texttt{bind}}
+\label{sec:TCPel_func_bind}
+
+\subsection{La funzione \texttt{listen}}
+\label{sec:TCPel_func_listen}
+
+\subsection{La funzione \texttt{connect}}
+\label{sec:TCPel_func_connect}
+
+\subsection{La funzione \texttt{accept}}
+\label{sec:TCPel_func_accept}
-Per capire il funzionamento delle funzioni della interfaccia dei socket che
-operano con TCP (le varie \texttt{connect}, \texttt{accept}, \texttt{close}
-che abbiamo visto negli esempi iniziali e su cui torneremo più avanti) è
-fodamentale capire come funziona la creazione e la conclusione di una
-connessione TCP.
\subsection{Le porte}
+
projects / gapil.git / blobdiff