X-Git-Url: https://gapil.gnulinux.it/gitweb/?p=gapil.git;a=blobdiff_plain;f=socket.tex;h=06831e7ba290f3b0a4cdf460b9de4e6f2ee888c5;hp=b93fc88769434110aeb39cd8f5acfbd921d54f23;hb=d47f15496fa85c8ec22edcde608f2665ec5b95ae;hpb=fd86592a845b5f76ad43ba2374ca0b798ffca595 diff --git a/socket.tex b/socket.tex index b93fc88..06831e7 100644 --- a/socket.tex +++ b/socket.tex @@ -11,15 +11,15 @@ \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} @@ -33,30 +33,30 @@ con essi. \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} @@ -78,8 +78,10 @@ funzioni utilizzate. 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 @@ -87,15 +89,16 @@ inviati, o inviare dei pacchetti pi 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}} @@ -110,10 +113,10 @@ il tipo di comunicazione che esso deve utilizzare. \label{sec:sock_socket} La creazione di un socket avviene attraverso l'uso della funzione -\funcd{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. @@ -132,16 +135,18 @@ suo protototipo \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 @@ -154,58 +159,88 @@ attraverso i quali si vuole effettuare la comunicazione. 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 user-ID -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} @@ -213,31 +248,34 @@ effettivo uguale a zero) o con la capability \texttt{CAP\_NET\_RAW}. 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 @@ -247,33 +285,35 @@ elencati. \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}.} @@ -281,11 +321,10 @@ elencati. \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} @@ -297,15 +336,13 @@ 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 \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} @@ -315,21 +352,16 @@ 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 \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, \struct{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]{} -struct sockaddr { - sa_family_t sa_family; /* address family: AF_xxx */ - char sa_data[14]; /* address (protocol-specific) */ -}; - \end{lstlisting} + \includestruct{listati/sockaddr.h} \end{minipage} \caption{La struttura generica degli indirizzi dei socket \structd{sockaddr}.} @@ -339,12 +371,12 @@ struct sockaddr { 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 @@ -379,43 +411,33 @@ include in cui sono definiti; la struttura \end{table} In alcuni sistemi la struttura è leggermente diversa e prevede un primo membro -aggiuntivo \code{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 \struct{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]{} -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} + \includestruct{listati/sockaddr_in.h} \end{minipage} \caption{La struttura degli indirizzi dei socket internet (IPv4) \structd{sockaddr\_in}.} @@ -423,25 +445,30 @@ struct in_addr { \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 user-ID -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 \direct{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:TCP_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:TCP_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 definite anche alcune +costanti che identificano alcuni indirizzi speciali, riportati in +\tabref{tab:TCP_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 @@ -452,84 +479,234 @@ problema e le relative soluzioni). \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]{} -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} + \includestruct{listati/sockaddr_in6.h} \end{minipage} \caption{La struttura degli indirizzi dei socket IPv6 \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 \struct{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]{} -#define UNIX_PATH_MAX 108 -struct sockaddr_un { - sa_family_t sun_family; /* AF_UNIX */ - char sun_path[UNIX_PATH_MAX]; /* pathname */ -}; - \end{lstlisting} + \includestruct{listati/sockaddr_un.h} \end{minipage} - \caption{La struttura degli indirizzi dei socket locali - \structd{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} + \includestruct{listati/sockaddr_atalk.h} + \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} + \includestruct{listati/sockaddr_ll.h} + \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} @@ -569,12 +746,12 @@ utile anche in seguito. 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 @@ -586,8 +763,8 @@ 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 sono quello del bus PCI, che è \textit{little endian}, o quello -del bus VME che è \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 @@ -603,7 +780,7 @@ Il problema connesso all'endianess\index{endianess} 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 +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 @@ -629,8 +806,8 @@ rispettivi prototipi sono: 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 @@ -658,7 +835,7 @@ 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 \funcd{inet\_addr}, \funcd{inet\_aton} e \funcd{inet\_ntoa}, ed i rispettivi prototipi sono: @@ -677,9 +854,9 @@ mnemonico per indicare la stringa. Dette funzioni sono \funcd{inet\_addr}, \bodydesc{Tutte queste le funzioni non generano codice di errore.} \end{functions} -La prima funcione, \func{inet\_addr}, restituisce l'indirizzo a 32 bit in +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 -nellargomento \param{strptr}. In caso di errore (quando la stringa non esprime +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 @@ -691,7 +868,7 @@ 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 restituesce 0 in caso di successo e 1 +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. @@ -722,9 +899,9 @@ e \textit{numeric}. % \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}. La prima -funzione è \funcd{inet\_pton}, che serve a convertire una stringa in un -indirizzo, il suo prototipo è: +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)} @@ -738,20 +915,20 @@ indirizzo, il suo prototipo 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 \param{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 \param{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 sedonda funzione è \funcd{inet\_ntop} che converte un indirizzo in una -stringa; il suo prototipo è: +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 l'indirizzo dalla relativa struttura in una stringa simbolica. \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 valor: + 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}. @@ -780,367 +957,6 @@ Il formato usato per gli indirizzi in formato di presentazione \index{socket|)} -\section{Un esempio di applicazione} -\label{sec:sock_appplication} - -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, ritorniamo con maggiori dettagli -su una caratteristica delle funzioni di I/O 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). - -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 per l'I/O su file; con i normali file di dati il -problema si avverte solo quando si incontra la fine del file, ma in generale -non è così. - -In questo caso tutto quello che il programma chiamante deve fare è di ripetere -la lettura (o scrittura) per la quantità di byte rimanenti (e 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 - \footnotesize - \begin{lstlisting}{} -#include - -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 \func{SockRead}, legge \var{count} byte da un socket } - \label{fig:sock_SockRead_code} -\end{figure} - -Per questo motivo, seguendo l'esempio di W. R. Stevens in \cite{UNP1}, 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}. - -\begin{figure}[htb] - \centering - \footnotesize - \begin{lstlisting}{} -#include - -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 \func{SockWrite}, scrive \var{count} byte su un socket.} - \label{fig:sock_SockWrite_code} -\end{figure} - -Come si può notare le funzioni ripetono la lettura/scrittura in un ciclo fino -all'esaurimento del numero di byte richiesti, in caso di errore viene -controllato se questo è \errcode{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 ciclo. - -Nel caso della lettura, se il numero di byte letti è zero, significa che si è -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. - - - -\subsection{Un primo esempio di client} -\label{sec:net_cli_sample} - -Lo scopo di questo esempio è fornire un primo approccio alla programmazione di -rete e vedere come si usano le funzioni descritte in precedenza, alcune delle -funzioni usate nell'esempio saranno trattate in dettaglio nel capitolo -successivo; qui ci limiteremo a introdurre la nomenclatura senza fornire -definizioni precise e dettagli di funzionamento che saranno trattati -estensivamente più avanti. - -In \figref{fig:net_cli_code} è riportata la sezione principale del codice del -nostro client elementare per il servizio \textit{daytime}, un servizio -standard che restituisce l'ora locale della macchina a cui si effettua la -richiesta. - -\begin{figure}[!htb] - \footnotesize - \begin{lstlisting}{} -#include /* predefined types */ -#include /* include unix standard library */ -#include /* IP addresses conversion utilities */ -#include /* socket library */ -#include /* include standard I/O library */ - -int main(int argc, char *argv[]) -{ - int sock_fd; - int i, nread; - struct sockaddr_in serv_add; - char buffer[MAXLINE]; - ... - /* create socket */ - if ( (sock_fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) < 0) { - perror("Socket creation error"); - return -1; - } - /* initialize address */ - memset((void *) &serv_add, 0, sizeof(serv_add)); /* clear server address */ - serv_add.sin_family = AF_INET; /* address type is INET */ - serv_add.sin_port = htons(13); /* daytime post is 13 */ - /* build address using inet_pton */ - if ( (inet_pton(AF_INET, argv[optind], &serv_add.sin_addr)) <= 0) { - perror("Address creation error"); - return -1; - } - /* extablish connection */ - if (connect(sock_fd, (struct sockaddr *)&serv_add, sizeof(serv_add)) < 0) { - perror("Connection error"); - return -1; - } - /* read daytime from server */ - while ( (nread = read(sock_fd, buffer, MAXLINE)) > 0) { - buffer[nread]=0; - if (fputs(buffer, stdout) == EOF) { /* write daytime */ - perror("fputs error"); - return -1; - } - } - /* error on read */ - if (nread < 0) { - perror("Read error"); - return -1; - } - /* normal exit */ - return 0; -} - \end{lstlisting} - \caption{Esempio di codice di un client elementare per il servizio daytime.} - \label{fig:net_cli_code} -\end{figure} - -Il sorgente completo del programma (\file{ElemDaytimeTCPClient.c}, che -comprende il trattamento delle opzioni e una funzione per stampare un -messaggio di aiuto) è allegato alla guida nella sezione dei codici sorgente e -può essere compilato su una qualunque macchina Linux. - -Il programma anzitutto include gli header necessari (\texttt{\small 1--5}); -dopo la dichiarazione delle variabili (\texttt{\small 9--12}) si è omessa -tutta la parte relativa al trattamento degli argomenti passati dalla linea di -comando (effettuata con le apposite routine illustrate in -\capref{sec:proc_opt_handling}). - -Il primo passo (\texttt{\small 14--18}) è creare un \textit{socket} IPv4 -(\const{AF\_INET}), di tipo TCP \const{SOCK\_STREAM}. La funzione -\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 \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 -usato dal computer a quello usato nella rete), infine si utilizza la funzione -\func{inet\_pton} per convertire l'indirizzo numerico passato dalla linea di -comando. - -Usando la funzione \func{connect} sul socket creato in precedenza -(\texttt{\small 28--32}) si provvede poi a stabilire la connessione con il -server specificato dall'indirizzo immesso nella struttura passata come secondo -argomento, il terzo argomento è la dimensione di detta struttura. Dato che -esistono diversi tipi di socket, si è dovuto effettuare un cast della -struttura inizializzata in precedenza, che è specifica per i socket IPv4. Un -valore di ritorno negativo implica il fallimento della connessione. - -Completata con successo la connessione il passo successivo (\texttt{\small - 34--40}) è leggere la data dal socket; il server invierà sempre una stringa -di 26 caratteri della forma \verb|Wed Apr 4 00:53:00 2001\r\n|, che viene -letta dalla funzione \func{read} e scritta su \file{stdout}. - -Dato il funzionamento di TCP la risposta potrà tornare in un unico pacchetto -di 26 byte (come avverrà senz'altro nel caso in questione) ma potrebbe anche -arrivare in 26 pacchetti di un byte. Per questo nel caso generale non si può -mai assumere che tutti i dati arrivino con una singola lettura, pertanto -quest'ultima deve essere effettuata in un ciclo in cui si continui a leggere -fintanto che la funzione \func{read} non ritorni uno zero (che significa che -l'altro capo ha chiuso la connessione) o un numero minore di zero (che -significa un errore nella connessione). - -Si noti come in questo caso la fine dei dati sia specificata dal server che -chiude la connessione; questa è una delle tecniche possibili (è quella usata -pure dal protocollo HTTP), ma ce ne possono essere altre, ad esempio FTP marca -la conclusione di un blocco di dati con la sequenza ASCII \verb|\r\n| -(carriage return e line feed), mentre il DNS mette la lunghezza in testa ad -ogni blocco che trasmette. Il punto essenziale è che TCP non provvede nessuna -indicazione che permetta di marcare dei blocchi di dati, per cui se questo è -necessario deve provvedere il programma stesso. - -\subsection{Un primo esempio di server} -\label{sec:net_serv_sample} - -Dopo aver illustrato il client daremo anche un esempio di un server -elementare, in grado di rispondere al precedente client. Il listato è -nuovamente mostrato in \figref{fig:net_serv_code}, il sorgente completo -(\file{ElemDaytimeTCPServer.c}) è allegato insieme agli altri file nella -directory \file{sources}. - -\begin{figure}[!htbp] - \footnotesize - \begin{lstlisting}{} -#include /* predefined types */ -#include /* include unix standard library */ -#include /* IP addresses conversion utilities */ -#include /* socket library */ -#include /* include standard I/O library */ -#include -#define MAXLINE 80 -#define BACKLOG 10 -int main(int argc, char *argv[]) -{ -/* - * Variables definition - */ - int list_fd, conn_fd; - int i; - struct sockaddr_in serv_add; - char buffer[MAXLINE]; - time_t timeval; - ... - /* create socket */ - if ( (list_fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) < 0) { - perror("Socket creation error"); - exit(-1); - } - /* initialize address */ - memset((void *)&serv_add, 0, sizeof(serv_add)); /* clear server address */ - serv_add.sin_family = AF_INET; /* address type is INET */ - serv_add.sin_port = htons(13); /* daytime port is 13 */ - serv_add.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY); /* connect from anywhere */ - /* bind socket */ - if (bind(list_fd, (struct sockaddr *)&serv_add, sizeof(serv_add)) < 0) { - perror("bind error"); - exit(-1); - } - /* listen on socket */ - if (listen(list_fd, BACKLOG) < 0 ) { - perror("listen error"); - exit(-1); - } - /* write daytime to client */ - while (1) { - if ( (conn_fd = accept(list_fd, (struct sockaddr *) NULL, NULL)) <0 ) { - perror("accept error"); - exit(-1); - } - timeval = time(NULL); - snprintf(buffer, sizeof(buffer), "%.24s\r\n", ctime(&timeval)); - if ( (write(conn_fd, buffer, strlen(buffer))) < 0 ) { - perror("write error"); - exit(-1); - } - close(conn_fd); - } - /* normal exit */ - exit(0); -} - \end{lstlisting} - \caption{Esempio di codice di un semplice server per il servizio daytime.} - \label{fig:net_serv_code} -\end{figure} - -Come per il client si includono gli header necessari a cui è aggiunto quello -per trattare i tempi, e si definiscono alcune costanti e le variabili -necessarie in seguito (\texttt{\small 1--18}), come nel caso precedente si -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 \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}). - -Si effettua poi (\texttt{\small 32--36}) la chiamata alla funzione -\func{bind} che permette di associare la precedente struttura al socket, in -modo che quest'ultimo possa essere usato per accettare connessioni su una -qualunque delle interfacce di rete locali. - -Il passo successivo (\texttt{\small 37--41}) è mettere ``in ascolto'' il -socket, questo viene effettuato con la funzione \func{listen} che dice al -kernel di accettare connessioni per il socket specificato, la funzione indica -inoltre, con il secondo parametro, il numero massimo di connessioni che il -kernel accetterà di mettere in coda per il suddetto socket. - -Questa ultima chiamata completa la preparazione del socket per l'ascolto (che -viene chiamato anche \textit{listening descriptor}) a questo punto il processo -è mandato in sleep (\texttt{\small 44--47}) con la successiva chiamata alla -funzione \func{accept}, fin quando non arriva e viene accettata una -connessione da un client. - -Quando questo avviene \func{accept} ritorna un secondo descrittore di socket, -che viene chiamato \textit{connected descriptor} che è quello che viene usato -dalla successiva chiamata alla \func{write} per scrivere la risposta al -client, una volta che si è opportunamente (\texttt{\small 48--49}) costruita -la stringa con la data da trasmettere. Completata la trasmissione il nuovo -socket viene chiuso (\texttt{\small 54}). Il tutto è inserito in un ciclo -infinito (\texttt{\small 42--55}) in modo da poter ripetere l'invio della data -ad una successiva connessione. - -È importante notare che questo server è estremamente elementare, infatti a -parte il fatto di essere dipendente da IPv4, esso è in grado di servire solo -un client alla volta, è cioè un \textsl{server iterativo}, inoltre esso è -scritto per essere lanciato da linea di comando, se lo si volesse utilizzare -come demone di sistema (che è in esecuzione anche quando non c'è nessuna shell -attiva e il terminale da cui lo si è lanciato è stato sconnesso), -occorrerebbero delle opportune modifiche. - - %%% Local Variables: %%% mode: latex