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[gapil.git] / socket.tex
index de622fcc5794dae29c0a5746e42105c70aefeb9e..e20c38800ce3e087de70946678e1a2854d80be31 100644 (file)
@@ -4,13 +4,11 @@
 Il \textit{socket} (traducibile liberamente come \textsl{manicotto}) è uno dei
 principali meccanismi di comunicazione fra programmi utilizzato in ambito unix
 (e non solo). Il socket costituisce in sostanza un canale di comunicazione fra
 Il \textit{socket} (traducibile liberamente come \textsl{manicotto}) è uno dei
 principali meccanismi di comunicazione fra programmi utilizzato in ambito unix
 (e non solo). Il socket costituisce in sostanza un canale di comunicazione fra
-due processi su cui si possono leggere e scrivere dati. 
-
-La creazione di un socket restituisce un file descriptor con un comportamento
-analogo a quello di una pipe ma a differenza di questa e degli altri
-meccanismi esaminati nel capitolo \ref{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.
+due processi su cui si possono leggere e scrivere dati analogo a quello di una
+pipe 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
 
 Quella dei socket costituisce infatti la principale API (\textit{Application
   Program Interface}) usata nella programmazione di rete.  La loro origine
@@ -31,8 +29,8 @@ tratteremo in maniera pi
 \label{sec:sock_gen}
 
 Per capire il funzionamento dei socket occorre avere presente il funzionamento
 \label{sec:sock_gen}
 
 Per capire il funzionamento dei socket occorre avere presente il funzionamento
-dei protocolli di rete (vedi \ref{cha:network}), ma l'interfaccia è del tutto
-generale e benché le problematiche (e quindi le modalità di risolvere i
+dei protocolli di rete (vedi \capref{cha:network}), ma l'interfaccia è del
+tutto generale e benché le problematiche (e quindi le modalità di risolvere i
 problemi) siano diverse a seconda del tipo di protocollo di comunicazione
 usato, le funzioni da usare restano le stesse.
 
 problemi) siano diverse a seconda del tipo di protocollo di comunicazione
 usato, le funzioni da usare restano le stesse.
 
@@ -65,28 +63,82 @@ si collega possa riceverli.
 la comunicazione, ad esempio se è inaffidabile occorrerà essere in grado di
 gestire la perdita o il rimescolamento dei dati.
 
 la comunicazione, ad esempio se è inaffidabile occorrerà essere in grado di
 gestire la perdita o il rimescolamento dei dati.
 
+
+\section{La funzione \texttt{socket}}
+\label{sec:sock_socket}
+
+La creazione di un socket avviene attraverso l'uso della funzione
+\texttt{socket} questa restituisce un \textit{socket descriptor} (un valore
+intero non negativo) che come gli analoghi file descriptor di files e alle
+pipes serve come riferimento al socket; in sostanza è l'indice nella tabella
+dei file che contiene i puntatori alle opportune strutture usate dal kernel ed
+allocate per ogni processo, (la stessa usata per i files e le pipes [NdA
+verificare!]).
+
+La funzione prende tre parametri, il dominio del socket (che definisce la
+famiglia di protocolli, vedi \secref{sec:sock_domain}), il tipo di socket (che
+definisce lo stile di comunicazione vedi \secref{sec:sock_type}) e 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}).
+
+\begin{prototype}{sys/socket.h}{int socket(int domain, int type, int protocol)}
+  
+  La funzione restituisce un intero positivo se riesce, e -1 se fallisce, in
+  quest'ultimo caso la variabile \texttt{errno} è settata con i seguenti
+  codici di errore:
+
+  \begin{errlist}
+  \item \texttt{EPROTONOSUPPORT} Il tipo di socket o il protocollo scelto non
+    sono supportati nel dominio.
+  \item \texttt{ENFILE} Il kernel non ha memoria sufficiente a creare una
+    nuova struttura per il socket.
+  \item \texttt{EMFILE} Si è ecceduta la tabella dei file.
+  \item \texttt{EACCES} Non si hanno privilegi per creare un socket nel
+    dominio o con il protocollo specificato.
+  \item \texttt{EINVAL} Protocollo sconosciuto o dominio non disponibile.
+  \item \texttt{ENOBUFS} o \texttt{ENOMEM} Non c'è sufficiente memoria per
+    creare il socket.
+  \end{errlist}
+\end{prototype}
+
+Si noti che la creazione del socket non comporta nulla riguardo
+all'indicazione degli indirizzi remoti o locali attraverso i quali si vuole
+effettuare la comunicazione.
+
+\subsection{Il dominio, o \textit{protocol family}}
+\label{sec:sock_domain}
+
 Dati i tanti e diversi protocolli di comunicazione disponibili, esistono vari
 tipi di socket, che vengono classificati raggruppandoli in quelli che si
 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} (\textit{domains}).  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). 
+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
 
 A ciascun tipo di dominio corrisponde un analogo nome simbolico che inizia per
-\texttt{AF\_} da \textit{Address Family}, nome che useremo anche noi; le man
-pages di linux si riferiscono a questi anche come \textit{name space}, (nome
-che però il manuale della glibc riserva ai domini) e che identifica il formato
-degli indirizzi usati in quel dominio.
+\texttt{AF\_} da \textit{address family}, e che identifica il formato degli
+indirizzi usati in quel dominio; le man pages di Linux si riferiscono a questi
+anche come \textit{name space}, (nome che però il manuale della 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) sono definiti dall'header
-\textit{socket.h}. In linux sono disponibili le famiglie di protocolli
-riportate in \ntab.
+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 \ntab.
 
 \begin{table}[htb]
 
 \begin{table}[htb]
+  \footnotesize
   \centering
   \begin{tabular}[c]{lll}
        Nome               & Utilizzo                       & Man page   \\
   \centering
   \begin{tabular}[c]{lll}
        Nome               & Utilizzo                       & Man page   \\
+       \hline
        PF\_UNIX,PF\_LOCAL & Local communication            & unix(7)    \\
        PF\_INET           & IPv4 Internet protocols        & ip(7)      \\
        PF\_INET6          & IPv6 Internet protocols        &            \\
        PF\_UNIX,PF\_LOCAL & Local communication            & unix(7)    \\
        PF\_INET           & IPv4 Internet protocols        & ip(7)      \\
        PF\_INET6          & IPv6 Internet protocols        &            \\
@@ -98,14 +150,23 @@ riportate in \ntab.
        PF\_APPLETALK      & Appletalk                      & ddp(7)     \\
        PF\_PACKET         & Low level packet interface     & packet(7)  \\    
   \end{tabular}
        PF\_APPLETALK      & Appletalk                      & ddp(7)     \\
        PF\_PACKET         & Low level packet interface     & packet(7)  \\    
   \end{tabular}
-  \caption{Famiglie di protocolli definiti in linux}
+  \caption{Famiglie di protocolli definiti in Linux}
   \label{tab:net_pf_names}
 \end{table}
 
   \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 \texttt{SOCK\_RAW} possono essere
+creati solo da processi che hanno i privilegi di root (cioè effective uid
+uguale a zero) o la capability \texttt{CAP\_NET\_RAW}.
+
+
+\subsection{Il tipo, o stile}
+\label{sec:sock_type}
+
 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
 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
+scegliere lo stile di comunicazione indicando il tipo di socket; Linux e le
 glibc mettono a disposizione i seguenti tipi di socket (che il manuale della
 glibc chiama \textit{styles}) definiti come \texttt{int} in \texttt{socket.h}:
 
 glibc mettono a disposizione i seguenti tipi di socket (che il manuale della
 glibc chiama \textit{styles}) definiti come \texttt{int} in \texttt{socket.h}:
 
@@ -113,11 +174,10 @@ glibc chiama \textit{styles}) definiti come \texttt{int} in \texttt{socket.h}:
 \item \texttt{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
 \item \texttt{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}). Vedi \ref{sec:sock_stream}.
+  byte (da cui il nome \textit{stream}). 
 \item \texttt{SOCK\_DGRAM} Viene usato per mandare pacchetti di lunghezza
   massima fissata (\textit{datagram}) indirizzati singolarmente, senza
 \item \texttt{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. Vedi
-  \ref{sec:sock_dgram}.
+  connessione e in maniera non affidabile. È l'opposto del precedente. 
 \item \texttt{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
 \item \texttt{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
@@ -130,4 +190,580 @@ glibc chiama \textit{styles}) definiti come \texttt{int} in \texttt{socket.h}:
 \item \texttt{SOCK\_PACKET} Obsoleto, non deve essere usato.
 \end{list}
 
 \item \texttt{SOCK\_PACKET} Obsoleto, non deve essere usato.
 \end{list}
 
+Si tenga presente che non tutte le combinazioni di famiglia di protocolli e
+tipo di socket sono valide, in quanto non è detto che nella famiglia esista un
+protocollo per tutti gli stili di comunicazione indicati qui sopra. Una
+tabella che mostra le combinazioni valide è la seguente:
+
+\begin{table}[htb]
+  \footnotesize
+  \centering
+  \begin{tabular}{l|c|c|c|c|c|}
+   \multicolumn{1}{c}{} &\multicolumn{1}{c}{\texttt{SOCK\_STREAM}}& 
+     \multicolumn{1}{c}{\texttt{SOCK\_DGRAM}} & 
+     \multicolumn{1}{c}{\texttt{SOCK\_RAW}} & 
+     \multicolumn{1}{c}{\texttt{SOCK\_PACKET}}& 
+     \multicolumn{1}{c}{\texttt{SOCK\_SEQPACKET}} \\
+     \cline{2-6}
+    \texttt{PF\_UNIX}      &  si & si  &      &     &     \\
+     \cline{2-6}
+    \texttt{PF\_INET}      & TCP & UDP & IPv4 &     &     \\
+     \cline{2-6}
+    \texttt{PF\_INET6}     & TCP & UDP & IPv6 &     &     \\
+     \cline{2-6}
+    \texttt{PF\_IPX}       &     &     &      &     &     \\
+     \cline{2-6}
+    \texttt{PF\_NETLINK}   &     &  si &  si  &     &     \\
+     \cline{2-6}
+    \texttt{PF\_X25}       &     &     &      &     &  si \\
+     \cline{2-6}
+    \texttt{PF\_AX25}      &     &     &      &     &     \\
+     \cline{2-6}
+    \texttt{PF\_ATMPVC}    &     &     &      &     &     \\
+     \cline{2-6}
+    \texttt{PF\_APPLETALK} &     & si  &  si  &     &     \\
+     \cline{2-6}
+    \texttt{PF\_PACKET}    &     & si  & si   &     &     \\    
+     \cline{2-6}
+  \end{tabular}
+  \caption{Combinazioni valide di dominio e tipo di protocollo per la funzione \texttt{socket}.}
+  \label{tab:sock_sock_valid_combinations}
+\end{table}
+
+Dove 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}
+\label{sec:sock_sockaddr}
+
+Come si è visto nella creazione di un socket non si specifica nulla oltre al
+tipo di famiglia di protocolli che si vuole utilizzare, in particolare nessun
+indirizzo che identifichi i due capi della comunicazione. La funzione infatti
+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 \texttt{sockaddr\_}, quelli propri di
+ciascuna famiglia vengono identificati dal suffisso finale, aggiunto al nome
+precedente.
+
+\subsection{La struttura generica}
+\label{sec:sock_sa_gen}
+
+Le strutture degli indirizzi vengono sempre passate alle varie funzioni
+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 \texttt{void *}), ma l'interfaccia dei socket è antecendente alla
+definizione dello standard ANSI, e per questo nel 1982 fu scelto di definire
+una struttura generica \texttt{sockaddr} per gli indirizzi dei socket mostrata
+in \nfig:
+
+\begin{figure}[!htbp]
+  \footnotesize
+  \begin{lstlisting}[labelstep=0,frame=,indent=1cm]{}
+struct sockaddr {
+    sa_family_t  sa_family;     /* address family: AF_xxx */
+    char         sa_data[14];   /* address (protocol-specific) */
+};
+  \end{lstlisting}
+  \caption{La struttura generica degli indirizzi dei socket \texttt{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.
+
+I tipi di dati che compongono la struttura sono stabiliti dallo standard
+POSIX.1g, riassunti in \ntab\ con i rispettivi file di include in cui sono
+definiti; la struttura è invece definita nell'include file
+\texttt{sys/socket.h}
+
+\begin{table}[!htbp]
+  \centering
+  \begin{tabular}{|l|l|l|}
+    \hline
+    \multicolumn{1}{|c|}{Tipo}& \multicolumn{1}{|c|}{Descrizione}& 
+    \multicolumn{1}{|c|}{Header} \\
+    \hline
+    \hline
+    \texttt{int8\_t}   & intero a 8 bit con segno   & \texttt{sys/types.h}\\
+    \texttt{uint8\_t}  & intero a 8 bit senza segno & \texttt{sys/types.h}\\
+    \texttt{int16\_t}  & intero a 16 bit con segno  & \texttt{sys/types.h}\\
+    \texttt{uint16\_t} & intero a 16 bit senza segno& \texttt{sys/types.h}\\
+    \texttt{int32\_t}  & intero a 32 bit con segno  & \texttt{sys/types.h}\\
+    \texttt{uint32\_t} & intero a 32 bit senza segno& \texttt{sys/types.h}\\
+    \hline
+    \texttt{sa\_family\_t} & famiglia degli indirizzi& \texttt{sys/socket.h}\\
+    \texttt{socklen\_t} & lunghezza (\texttt{uint32\_t}) dell'indirizzo di
+    un socket& \texttt{sys/socket.h}\\
+    \hline
+    \texttt{in\_addr\_t} & indirizzo IPv4 (\texttt{uint32\_t}) & 
+    \texttt{netinet/in.h}\\
+    \texttt{in\_port\_t} & porta TCP o UDP (\texttt{uint16\_t})& 
+    \texttt{netinet/in.h}\\
+    \hline
+  \end{tabular}
+  \caption{Tipi di dati usati nelle strutture degli indirizzi, secondo quanto 
+    stabilito dallo standard POSIX.1g}
+  \label{tab:sock_data_types}
+\end{table}
+
+In alcuni sistemi la struttura è leggermente diversa e prevede un primo membro
+aggiuntivo \texttt{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 sussiste. Il campo
+\texttt{sa\_family\_t} era storicamente un \texttt{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
+\texttt{sa\_family} con cui determinare il tipo di indirizzo; per questo
+motivo, anche se l'uso di un puntatore \texttt{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 \texttt{PF\_INET} vengono usati per la comunicazione
+attraverso internet; la struttura per gli indirizzi per un socket internet
+(IPv4) è definita come \texttt{sockaddr\_in} nell'header file
+\texttt{netinet/in.h} e secondo le man page ha la forma mostrata in \nfig,
+conforme allo standard POSIX.1g.
+
+
+\begin{figure}[!htbp]
+  \footnotesize
+  \begin{lstlisting}[labelstep=0,frame=,indent=1cm]{}
+struct sockaddr_in {
+    sa_family_t     sin_family; /* address family: AF_INET */
+    u_int16_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 */
+};
+  \end{lstlisting}
+  \caption{La struttura degli indirizzi dei socket internet (IPv4)
+    \texttt{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 settato al numero di protocollo.
+
+Il membro \texttt{sin\_family} deve essere sempre settato; \texttt{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 (effective uid
+uguale a zero) o con la capability \texttt{CAP\_NET\_BIND\_SERVICE} possono
+usare la funzione \texttt{bind} su queste porte.
+
+Il membro \texttt{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
+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
+portabilità del codice (vedi \secref{sec:sock_addr_func} per i dettagli del
+problema e le relative soluzioni).
+
+\subsection{La struttura degli indirizzi IPv6}
+\label{sec:sock_sa_ipv6}
+
+Essendo IPv6 una estensione di IPv4 i socket di tipo \texttt{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 \texttt{netinet/in.h}.
+
+\begin{figure}[!htbp]
+  \footnotesize
+  \begin{lstlisting}[labelstep=0,frame=,indent=1cm]{}
+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 */
+    struct in6_addr sin6_addr;     /* IPv6 address */
+    u_int32_t       sin6_scope_id; /* Scope id (new in 2.4) */
+};
+
+struct in6_addr {
+    unsigned char   s6_addr[16];   /* IPv6 address */
+};
+  \end{lstlisting}
+  \caption{La struttura degli indirizzi dei socket IPv6 
+    \texttt{sockaddr\_in6}.}
+  \label{fig:sock_sa_ipv6_struct}
+\end{figure}
+
+Il campo \texttt{sin6\_family} deve essere sempre settato ad
+\texttt{AF\_INET6}, il campo \texttt{sin6\_port} è analogo a quello di IPv4 e
+segue le stesse regole; il campo \texttt{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 \texttt{sin6\_addr} contiene l'indirizzo a 128 bit usato da IPv6,
+infine il campo \texttt{sin6\_scope\_id} è un campo introdotto con il kernel
+2.4 per gestire alcune operazioni riguardanti il multicasting.
+Si noti che questa struttura è più grande di una \texttt{sockaddr} generica,
+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 \texttt{PF\_UNIX} vengono usati per una comunicazione
+efficiente fra processi che stanno sulla stessa macchina; essi rispetto ai
+precedenti possono essere anche creati in maniera anonima attraverso la
+funzione \texttt{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 \texttt{sys/un.h}.
+
+\begin{figure}[!htbp]
+  \footnotesize
+  \begin{lstlisting}[labelstep=0,frame=,indent=1cm]{}
+#define UNIX_PATH_MAX    108
+struct sockaddr_un {
+    sa_family_t  sun_family;              /* AF_UNIX */
+    char         sun_path[UNIX_PATH_MAX]; /* pathname */
+};
+  \end{lstlisting}
+  \caption{La struttura degli indirizzi dei socket locali 
+    \texttt{sockaddr\_un}.}
+  \label{fig:sock_sa_local_struct}
+\end{figure}
+
+In questo caso il campo \texttt{sun\_family} deve essere \texttt{AF\_UNIX},
+mentre il campo \texttt{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
+specificato come una stringa (terminata da uno zero) corrispondente al
+pathname del file; nel secondo invece \texttt{sun\_path} inizia con uno zero
+vengono usati i restanti bytes come stringa (senza terminazione).
+
+
+% \subsection{Il passaggio delle strutture}
+% \label{sec:sock_addr_pass}
+
+% Come detto nelle funzioni della API dei socket le strutture degli indirizzi
+% vengono sempre passate per riferimento usando un puntatore; anche la lunghezza
+% della struttura è passata come argomento, ma in questo caso la modalità del
+% passaggio dipende dalla direzione del medesimo, dal processo al kernel o
+% viceversa.
+
+% In particolare le tre funzioni \texttt{bind}, \texttt{connect} e
+% \texttt{sendto} passano la struttura al kernel, in questo caso è passata
+% \textsl{per valore} anche la dimensione della medesima
+
+
+% Le funzioni \texttt{accept}, \texttt{recvfrom}, \texttt{getsockname} e
+% \texttt{getpeername} invece ricevono i valori del kernel 
+
+
+\section{Le funzioni di conversione degli indirizzi}
+\label{sec:sock_addr_func}
+
+In questa sezione tratteremo delle varie funzioni usate per manipolare gli
+indirizzi, limitandoci però agli indirizzi internet.
+
+Come accennato gli indirizzi e i numeri di porta usati nella rete devono
+essere forniti in formato opportuno (il \textit{network order}). Per capire
+cosa significa tutto ciò occorre introdurre un concetto generale che tornerà
+utile anche in seguito.
+
+
+\subsection{La \textit{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).
+
+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
+\textit{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 \textit{big endian}.
+
+La \textit{endianess} di un computer dipende essenzialmente dalla architettura
+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, quello del bus PCI è little endian, quello del bus VME è
+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 di ordinamento all'altro con una specifica istruzione; in ogni caso in
+Linux l'ordinamento è definito dall'architettura e anche se questi cambiamenti
+sono possibili anche dopo che il sistema è avviato, non vengono mai eseguiti.
+
+\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 bytes 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:
+\begin{prototype}{netinet/in.h}
+{unsigned long int htonl(unsigned long int hostlong)} 
+  Converte l'intero a 32 bit \texttt{hostlong} dal formato della macchina a
+  quello della rete.
+\end{prototype}
+\begin{prototype}{netinet/in.h}
+{unsigned short int htons(unsigned short int hostshort)}
+  Converte l'intero a 16 bit \texttt{hostshort} dal formato della macchina a
+  quello della rete.
+\end{prototype}
+\begin{prototype}{netinet/in.h}
+{unsigned long int ntonl(unsigned long int netlong)}
+  Converte l'intero a 32 bit \texttt{netlong} dal formato della rete a quello
+  della macchina.
+\end{prototype}
+\begin{prototype}{netinet/in.h}
+{unsigned sort int ntons(unsigned short int netshort)}
+  Converte l'intero a 16 bit \texttt{netshort} dal formato della rete a quello
+  della macchina.
+\end{prototype}
+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.
+
+
+\subsection{Le funzioni \texttt{inet\_aton}, \texttt{inet\_addr} e 
+  \texttt{inet\_ntoa}}
+\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.
+
+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{prototype}{arpa/inet.h}
+  {int inet\_aton(const char *src, struct in\_addr *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 (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{dest} inizializzato a \texttt{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
+  \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.
+\end{prototype}  
+\begin{prototype}{arpa/inet.h}{char *inet\_ntoa(struct in\_addr addrptr)}
+  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{prototype}
+
+
+\subsection{Le funzioni \texttt{inet\_pton} e \texttt{inet\_ntop}}
+\label{sec:sock_conv_func_gen}
+
+Le tre funzioni precedenti sono limitate solo ad indirizzi 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. Anche in
+questo caso le lettere $n$ e $p$ sono degli 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{af} 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 settano la variabile \texttt{errno}
+al valore \texttt{EAFNOSUPPORT}. I prototipi delle suddette funzioni sono i
+seguenti:
+\begin{prototype}{sys/socket.h}
+  {int inet\_pton(int af, const char *src, void *addr\_ptr)} Converte la
+  stringa puntata da \texttt{src} nell'indirizzo IP da memorizzare
+  all'indirizzo puntato da \texttt{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.
+\end{prototype}
+
+\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 \texttt{addr\_ptr} 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} o \macro{ENOAFSUPPORT} in caso \var{af} non sia una famiglia di
+  indirizzi valida.
+\end{prototype}
+
+Gli indirizzi vengono cnovertiti 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.
+
+Il formato usato per gli indirizzi in formato di presentazione è la notazione
+\textit{dotted decimal} per IPv4 e quella descritta in
+\secref{sec:IP_ipv6_notation} per IPv6.
+
+\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 in lettura o scrittura 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.