UNIX: разработка сетевых приложений - Уильям Стивенс

48      client[i].family == AF_INET6 &&

49      client[i].lport == sport) {

50      bzero(&dest, sizeof(dest));

51      dest.sin6_family = AF_INET6;

52 #ifdef HAVE_SOCKADDR_SA_LEN

53      dest.sin6_len = sizeof(dest);

54 #endif

55      memcpy(&dest.sin6_addr, &hip6->ip6_dst,

56       sizeof(struct in6_addr));

57      dest.sin6_port = udp->uh_dport;

58      icmpd_err.icmpd_type = icmp6->icmp6_type;

59      icmpd_err.icmpd_code = icmp6->icmp6_code;

60      icmpd_err.icmpd_len = sizeof(struct sockaddr_in6);

61      memcpy(&icmpd_err.icmpd_dest, &dest, sizeof(dest));

62      /* преобразование типа и кода ICMPv6 к значению errno */

63      icmpd_err.icmpd_errno = EHOSTUNREACH; /* по умолчанию */

64      if (icmp6->icmp6_type == ICMP6_DST_UNREACH &&

65       icmp6->icmp6_code ICMP6_DST_UNREACH_NOPORT)

66       icmpd_err.icmpd_errno = ECONNREFUSED;

67      if (icmp6->icmp6_type == ICMP6_PACKET_TOO_BIG)

68       icmpd_err.icmpd_errno = EMSGSIZE;

69      Write(client[i].connfd, &icmpd_err, sizeof(icmpd_err));

70     }

71    }

72   }

73  }

74  return(--nready);

75 #endif

76 }

28.8. Резюме

Символьные сокеты обеспечивают три возможности:

1. Чтение и запись пакетов ICMPv4, IGMPv4 и ICMPv6.

2. Чтение и запись IP-дейтаграммы с полем протокола, которое не обрабатывается ядром.

3. Формирование своих собственных заголовков IPv4, обычно используемых в диагностических целях (или, к сожалению, хакерами).

Два традиционных диагностических средства — программы ping и traceroute — используют символьные сокеты. Мы разработали наши собственные версии этих программ, поддерживающие обе версии протокола — и IPv4, и IPv6. Также нами разработан наш собственный демон icmpd, который обеспечивает доступ к сообщениям об ошибках ICMP через сокет UDP. Данный пример также иллюстрирует передачу дескриптора через доменный сокет Unix между неродственными клиентом и сервером.

Упражнения

1. В этой главе говорилось, что почти все поля заголовка IPv6 и все дополнительные заголовки доступны приложению через параметры сокета или вспомогательные данные. Какая информация из дейтаграммы IPv6 не доступна приложению?

2. Что произойдет в листинге 28.30, если по какой-либо причине клиент перестанет производить считывание из своего доменного сокета Unix и демон icmpd накопит множество сообщений для данного клиента? В чем заключается простейшее решение этой проблемы?

3. Если задать нашей программе ping адрес широковещательной передачи, направленный в подсеть, она будет работать. То есть широковещательный эхо- запрос ICMP посылается как широковещательный запрос канального уровня, даже если мы не установим параметр сокета SO_BROADCAST. Почему?

4. Что произойдет с программой ping, если мы запустим ее на узле с несколькими интерфейсами, а в качестве аргумента имени узла возьмем групповой адрес 224.0.0.1?

Глава 29

Доступ к канальному уровню

29.1. Введение

В настоящее время большинство операционных систем позволяют приложению получать доступ к канальному уровню. Это подразумевает следующие возможности:

1. Отслеживание пакетов, принимаемых на канальном уровне, что, в свою очередь, позволяет запускать такие программы, как tcpdump, на обычных компьютерных системах (а не только на специальных аппаратных устройствах для отслеживания пакетов). Если добавить к этому способность сетевого интерфейса работать в смешанном режиме (promiscuous mode), приложение сможет отслеживать все пакеты, проходящие по локальному кабелю, а не только предназначенные для того узла, на котором работает эта программа.

Эта возможность не так полезна в коммутируемых сетях, которые получили широкое распространение в последнее время. Дело в том, что коммутатор пропускает трафик на конкретный порт только в том случае, если этот трафик адресован конкретному устройству или устройствам, подключенным к этому порту, каким бы трафик ни был: направленным, широковещательным или многоадресным. Для того чтобы получать трафик, передаваемый через другие порты коммутатора, нужно сначала переключить свой порт коммутатора в режим контроля (monitor mode или port mirroring). Заметьте, что многие устройства, которые обычно не считают коммутаторами, на самом деле являются таковыми. Например, двухскоростной концентратор 10/100 обычно является двухпортовым коммутатором: один порт для сетей, работающих на 100 Мбит/с, другой — для сетей на 10 Мбит/с.

2. Возможность запуска определенных программ как обычных приложений, а не как частей ядра. Скажем, большинство версий Unix сервера RARP — это обычные приложения, которые считывают запросы RARP с канального уровня (запросы RARP не являются дейтаграммами IP), а затем передают ответы также на канальный уровень.

Три наиболее распространенных средства получения доступа к канальному уровню в Unix — это пакетный фильтр BSD (BPF, BSD Packet Filter), DLPI в SVR4 (Datalink Provider Interface — интерфейс поставщика канального уровня) и интерфейс пакетных сокетов Linux (SOCK_PACKET). Мы приводим в этой главе обзор перечисленных средств, а затем описываем libcap — открытую для свободного доступа библиотеку, содержащую функции для захвата пакетов. Эта библиотека работает со всеми тремя перечисленными средствами, и использование библиотеки позволяет сделать наши программы не зависящими от фактического способа обеспечения доступа к канальному уровню, применяемому в данной операционной системе. Мы описываем эту библиотеку, разрабатывая программу, которая посылает запросы серверу имен DNS (мы составляем свои собственные дейтаграммы UDP и записываем их в символьный сокет) и считывает ответ при помощи libcap, чтобы определить, добавляет ли сервер имен контрольную сумму в дейтаграммы UDP.

29.2. BPF: пакетный фильтр BSD

4.4BSD и многие другие Беркли-реализации поддерживают BPF — пакетный фильтр BSD (BSD Packet Filter). Реализация BPF описана в главе 31 [128]. История BPF, описание псевдопроцессора BPF и сравнение с пакетным фильтром SunOs 4.1.x NIT приведены в [72].

Каждый канальный уровень вызывает BPF сразу после получения пакета и непосредственно перед его передачей выше, как показано на рис. 29.1.

Рис. 29.1. Захват пакета с использованием BPF

Примеры подобных вызовов для интерфейса Ethernet приведены на рис. 4.11 и 4.19 в [128]. Вызов BPF должен произойти как можно скорее после получения пакета и как можно позже перед его передачей, так как это увеличивает точность временных отметок.

Организовать само по себе перехватывание пакетов из канального уровня не очень сложно, однако преимущество BPF заключается в возможности их фильтрации. Каждое приложение, открывающее устройство BPF, может загрузить свой собственный фильтр, который затем BPF применяет к каждому пакету. В то время как некоторые фильтры достаточно просты (например, при использовании фильтра udp or tcp принимаются только пакеты UDP и TCP), другие фильтры позволяют исследовать значения определенных полей в заголовках пакетов. Например, фильтр

tcp and port 80 and tcp[13:l] & 0x7 != 0

использовался в главе 14 [128] для отбора сегментов TCP, направлявшихся к порту 80 или от него и содержащих флаги SYN, FIN или RST. Выражение tcp [13:1] соответствует однобайтовому значению, начинающемуся с 13-го байта от начала заголовка TCP.

В BPF реализован основанный на регистрах механизм фильтрации, который применяет специфические для приложений фильтры к каждому полученному пакету. Хотя можно написать свою программу фильтрации на машинном языке псевдопроцессора (он описан в руководстве по использованию BPF), проще всего будет компилировать строки ASCII (такие, как только что показанная строка, начинающаяся с tcp) в машинный язык с помощью функции pcap_compile, о которой мы рассказываем в разделе 29.7.

В технологии BPF применяются три метода, позволяющие уменьшить накладные расходы на ее использование.

1. Фильтрация BPF происходит внутри ядра, за счет чего минимизируется количество данных, которые нужно копировать из ядра в приложение. Копирование из пространства ядра в пользовательское пространство является довольно дорогостоящим. Если бы приходилось копировать каждый пакет, у BPF могли бы возникнуть проблемы при попытке взаимодействия с быстрыми каналами.

2. BPF передает приложению только часть каждого пакета. Здесь речь идет о длине захвата (capture length). Большинству приложений требуется только заголовок пакета, а не содержащиеся в нем данные. Это также уменьшает количество данных, которые BPF должен скопировать в приложение. В программе tcpdump, например, по умолчанию это значение равно 68 байт, и этого достаточно для размещения 14-байтового заголовка Ethernet, 20-байтового заголовка IP, 20-байтового заголовка TCP и 14 байт данных. Но для вывода дополнительной информации по другим протоколам (например, DNS или NFS) требуется, чтобы пользователь увеличил это значение при запуске программы tcpdump.