Курсовая работа: Реализация сети в операционной системе Linux
Курсовая работа: Реализация сети в операционной системе Linux
Глеб Пахаренко
Рассмотрим подробнее что происходит с пакетом при попадании в нашу машину. Сначала он обрабатывается драйвером аппаратуры(сетевой карты и т.д) если пакет предназначен нам то он посылается на выше лежащий уровень - сетевой там определяется для кого он предназначен: нам или кому-то другому, для этого просматривается кэш маршрутизации, если там нет маршрута то Forwarding Information Base (FIB), если пакет предназначен другому компьютеру то ядро шлёт его на соответствующее устройство (сетевую карту) ,если нам ,то через транспортный и вышележащие уровни приложению. Обмен данными между приложением и ядром осуществляется через абстракцию сокета. В Линухе используется BSD сокеты.
Рассмотрим поподробнее структуру пакета
Ключ к быстрому обмену данными в использовании структуры sk_buf и передачи на вышестоящие уровни только указателя на неё
описание структуры лежит в linux/skbuff.h
её поля
struct sk_buff {
/* These two members must be first. */
struct sk_buff * next; /* Next buffer in list */
struct sk_buff * prev; /* Previous buffer in list */
struct sk_buff_head * list; /* List we are on */
struct sock *sk; /* Socket we are owned by */
struct timeval stamp; /* Time we arrived */
struct net_device *dev; /* Device we arrived on/are leaving by */
/* Transport layer header */
union
{
struct tcphdr *th;
struct udphdr *uh;
struct icmphdr *icmph;
struct igmphdr *igmph;
struct iphdr *ipiph;
struct spxhdr *spxh;
unsigned char *raw;
} h;
/* Network layer header */
union
{
struct iphdr *iph;
struct ipv6hdr *ipv6h;
struct arphdr *arph;
struct ipxhdr *ipxh;
unsigned char *raw;
} nh;
/* Link layer header */
union
{
struct ethhdr *ethernet;
unsigned char *raw;
} mac;
struct dst_entry *dst;
/*
* This is the control buffer. It is free to use for every
* layer. Please put your private variables there. If you
* want to keep them across layers you have to do a skb_clone()
* first. This is owned by whoever has the skb queued ATM.
*/
char cb[48];
unsigned int len; /* Length of actual data */
unsigned int data_len;
unsigned int csum; /* Checksum */
unsigned char __unused, /* Dead field, may be reused */
cloned, /* head may be cloned (check refcnt to be sure). */
pkt_type, /* Packet class */
ip_summed; /* Driver fed us an IP checksum */
__u32 priority; /* Packet queueing priority */
atomic_t users; /* User count - see datagram.c,tcp.c */
unsigned short protocol; /* Packet protocol from driver. */
unsigned short security; /* Security level of packet */
unsigned int truesize; /* Buffer size */
unsigned char *head; /* Head of buffer */
unsigned char *data; /* Data head pointer */
unsigned char *tail; /* Tail pointer */
unsigned char *end; /* End pointer */
void (*destructor)(struct sk_buff *); /* Destruct function */
#ifdef CONFIG_NETFILTER
/* Can be used for communication between hooks. */
unsigned long nfmark;
/* Cache info */
__u32 nfcache;
/* Associated connection, if any */
struct nf_ct_info *nfct;
#ifdef CONFIG_NETFILTER_DEBUG
unsigned int nf_debug;
#endif
#endif /*CONFIG_NETFILTER*/
#if defined(CONFIG_HIPPI)
union{
__u32 ifield;
} private;
#endif
#ifdef CONFIG_NET_SCHED
__u32 tc_index; /* traffic control index */
#endif
};
там же содержится масса полезных функций для работы с sk_buff. все протоколы используют ету структуру добавляя заголовки своего уровня
Маршрутизация
Уровень IP использует 3 структуры для маршрутизации FIB где хранятся все маршруты routing cache где находятся наиболее часто используемые neibour table список компьютеров физически соединенных с данным
FIB содержит 32 зоны по одной на каждый бит ip адреса каждая зона содержит точки входа для хостов и сетей которые задайтся данной маской подсети 255.0.0.0 имеет 8 значащих бит и поэтому в восьмой зоне 255.255.255.0 в 24 зоне
файл /proc/net/route содержит FIB
routing cache хэш-таблица которая содержит до 256 цепочек маршрутов если подходящий маршрут не найден в кэше то он добавляется туда из FIB устаревшие записи по истечении некоторого времени удаляются содержимое кэша можно увидеть в /proc/net/rt_cache
Инициализация сети
главные настройки сети в дистрибутиве RedHat (Mandrake) лежат в /etc/sysconfig/network ,/etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-eth0 и тд...
содержимое моих файлов (не в virtual mashine редхате а на нормальной машине Mandrake-8.2 где соответственно нет никаких сетевых карт)
/etc/sysconfig/network
NETWORKING=yes
FORWARD_IPV4=false
HOSTNAME=freeland.linux
DOMAINNAME=linux
/etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-lo
DEVICE=lo
IPADDR=127.0.0.1
NETMASK=255.0.0.0
NETWORK=127.0.0.0
# If you're having problems with gated making 127.0.0.0/8 a martian,
# you can change this to something else (255.255.255.255, for example)
BROADCAST=127.255.255.255
ONBOOT=yes
NAME=loopback
Очень полезной программой является ifconfig синтаксис которой подробно рассмотрен в мануале
[20:16][pts1]/etc/sysconfig/network-scripts [root]
#ifconfig
lo Link encap:Local Loopback
inet addr:127.0.0.1 Mask:255.0.0.0
UP LOOPBACK RUNNING MTU:16436 Metric:1
RX packets:3242 errors:0 dropped:0 overruns:0 frame:0
TX packets:3242 errors:0 dropped:0 overruns:0 carrier:0
collisions:0 txqueuelen:0
RX bytes:227644 (222.3 Kb) TX bytes:227644 (222.3 Kb)
не менее полезна команда route
#route
Kernel IP routing table
Destination Gateway Genmask Flags Metric Ref Use Iface
127.0.0.0 * 255.0.0.0 U 0 0 0 lo
её назначение ,а также многих других описано в Linux Network Administrator Guide
Соединения
В этой части мы подробно рассмотрим сокеты и всё что с ними связано
Когда процесс создаёт сокет то он пустой потом система определяет маршрут к удалённому хосту и вносит эту информацию в сокет. После этого пакеты направляются на нужное устройство
Есть два типа сокетов BSD сокеты которые включают как член INET cокеты BSD сокеты описываются структурой struct socket в linux/net.h
struct socket
{
socket_state state;
unsigned long flags;
struct proto_ops *ops;
struct inode *inode;
struct fasync_struct *fasync_list; /* Asynchronous wake up list */
struct file *file; /* File back pointer for gc */
struct sock *sk;
wait_queue_head_t wait;
short type;
unsigned char passcred;
};
struct proto_ops {
int family;
int (*release) (struct socket *sock);
int (*bind) (struct socket *sock, struct sockaddr *umyaddr,
int sockaddr_len);
int (*connect) (struct socket *sock, struct sockaddr *uservaddr,
int sockaddr_len, int flags);
int (*socketpair) (struct socket *sock1, struct socket *sock2);
int (*accept) (struct socket *sock, struct socket *newsock,
int flags);
int (*getname) (struct socket *sock, struct sockaddr *uaddr,
int *usockaddr_len, int peer);
unsigned int (*poll) (struct file *file, struct socket *sock, struct poll_table_struct *wait);
int (*ioctl) (struct socket *sock, unsigned int cmd,
unsigned long arg);
int (*listen) (struct socket *sock, int len);
int (*shutdown) (struct socket *sock, int flags);
int (*setsockopt) (struct socket *sock, int level, int optname,
char *optval, int optlen);
int (*getsockopt) (struct socket *sock, int level, int optname,
char *optval, int *optlen);
int (*sendmsg) (struct socket *sock, struct msghdr *m, int total_len, struct scm_cookie *scm);
int (*recvmsg) (struct socket *sock, struct msghdr *m, int total_len, int flags, struct scm_cookie *scm);
int (*mmap) (struct file *file, struct socket *sock, struct vm_area_struct * vma);
ssize_t (*sendpage) (struct socket *sock, struct page *page, int offset, size_t size, int flags);
};
наиболее важные поля
* struct proto_ops *ops указывает на протокольно зависимые функции
struct inode на inode файла сокета
struct sock* на инет сокет
INET net/sock.h struct sock
struct sock {
/* Socket demultiplex comparisons on incoming packets. */
__u32 daddr; /* Foreign IPv4 addr */
__u32 rcv_saddr; /* Bound local IPv4 addr */
__u16 dport; /* Destination port */
unsigned short num; /* Local port */
int bound_dev_if; /* Bound device index if != 0 */
/* Main hash linkage for various protocol lookup tables. */
struct sock *next;
struct sock **pprev;
struct sock *bind_next;
struct sock **bind_pprev;
volatile unsigned char state, /* Connection state */
zapped; /* In ax25 & ipx means not linked */
__u16 sport; /* Source port */
unsigned short family; /* Address family */
unsigned char reuse; /* SO_REUSEADDR setting */
unsigned char shutdown;
atomic_t refcnt; /* Reference count */
socket_lock_t lock; /* Synchronizer... */
int rcvbuf; /* Size of receive buffer in bytes */
wait_queue_head_t *sleep; /* Sock wait queue */
struct dst_entry *dst_cache; /* Destination cache */
rwlock_t dst_lock;
