Уильям Стивенс - UNIX - разработка сетевых приложений

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.

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. 29.2. Захват пакета с использованием DLPI, pfmod и bufmod

Концептуально DLPI аналогичен BPF. pfmodподдерживает фильтрацию внутри ядра, используя псевдопроцессор, a bufmodсокращает количество данных и системных вызовов, поддерживая длину захвата и время ожидания для считывания.

Одно интересное различие, тем не менее, заключается в том, что для BPF и фильтров pfmodиспользуются разные типы псевдопроцессоров. Фильтр BPF — это ориентированный ациклический граф управления потоком ( acyclic control flow graph , CFG ), в то время как pfmodиспользует дерево булевых выражений. В первом случае естественным является отображение в код для вычислительной машины с регистровой организацией, а во втором — в код для машины со стековой организацией [72]. В статье [72] показано, что реализация CFG, используемая в BPF, обычно работает быстрее, чем дерево булевых выражений, в 3-20 раз в зависимости от сложности фильтра.

Еще одно отличие состоит в том, что BPF всегда выполняет фильтрацию перед копированием пакета, чтобы не копировать те пакеты, которые будут сброшены фильтром. В некоторых реализациях DLPI пакеты сначала копируются в модуль pfmod, который затем может сбрасывать их.

Существует два метода получения пакетов канального уровня в Linux. Первоначальный метод получил более широкое распространение, но является менее гибким. Он состоит в создании сокета типа SOCK_PACKET. Новый метод, предоставляющий больше возможностей для настройки фильтров и оптимизации производительности, состоит в создании сокета семейства PF_PACKET. В любом случае мы должны обладать правами привилегированного пользователя (аналогичные необходимым для создания символьного сокета), а третий аргумент функции socket должен быть ненулевым значением, задающим тип кадра Ethernet. При использовании сокетов PF_PACKETвторой аргумент socketможет быть константой SOCK_DGRAM(для получения обработанных пакетов без заголовка канального уровня) или SOCK_RAW(для получения пакетов целиком). Сокеты SOCK_PACKETпередают пакеты только целиком. Например, для получения всех кадров канального уровня мы пишем:

fd = socket(PF_PACKET, SOCK_RAW, htons(ETH_P_ALL)); /* в новых системах */

или

fd = socket(AF_INET, SOCK_PACKET, htons(ETH_P_ALL)); /* в старых системах */

В результате этого будут возвращены кадры для всех протоколов, получаемые канальным уровнем. Если нам нужны кадры IPv4, то вызов будет таким:

fd = socket(PF_PACKET, SOCK_RAW, htons(ETH_P_IP)); /* в новых системах */

fd = socket(AF_INET, SOCK_PACKET, htons(ETH_P_IP)); /* в старых системах */

Другие константы, которые могут использоваться в качестве последнего аргумента, — это, например, ETH_P_ARPи ETH_P_IPV6.