UNIX: разработка сетевых приложений

Стивенс Уильям Ричард

4. Ядро фрагментирует символьные пакеты, превышающие значение MTU исходящего интерфейса.

ПРИМЕЧАНИЕ

Согласно документации, символьные сокеты должны предоставлять протоколу такой же интерфейс, как если бы он был реализован в ядре [74]. К сожалению, это означает, что некоторые части интерфейса зависят от ядра операционной системы. В частности, это относится к порядку байтов полей заголовка IP. В Беркли-ядрах все поля имеют порядок байтов сети, за исключением полей ip_len и ip_off, имеющих порядок байтов узла [128, с. 233, с. 1057]. В системах Linux и OpenBSD все поля имеют порядок байтов сети.

Параметр сокета IP_HDRINCL

впервые был представлен в системе 4.3BSD Reno. До этого приложение имело единственную возможность определить свой собственный IP- заголовок в пакетах, отсылаемых на символьный сокет, — использовать заплату ядра (kernel patch), которая была представлена в 1988 году Ван Якобсоном (Van Jacobson) для поддержки программы traceroute. Эта заплата позволяла приложению создавать символьный IP-сокет, определяя протокол как IPPROTO_RAW, что соответствовало значению 255 (это значение является зарезервированным и никогда не должно появляться в поле протокола IP-заголовка).

Функции, осуществляющие ввод-вывод на символьном сокете, являются одними из простейших функций в ядре. Например, в книге [128, с. 1054–1057] каждая такая функция занимает около 40 строк кода на языке С. Для сравнения: функция ввода TCP содержит около 2000 строк, а функция вывода TCP около 700 строк.

Приводимое в этой книге описание параметра сокета

IP_HDRINCL

относится к системе 4.4BSD. В более ранних версиях, таких как Net/2, при использовании данного параметра заполнялось большее количество полей заголовка IP.

В протоколе IPv4 пользовательский процесс отвечает за вычисление и установку контрольной суммы любого заголовка, следующего за заголовком IPv4. Например, в нашей программе

ping

(см. листинг 28.10), прежде чем вызывать функцию

sendto

, мы должны вычислить контрольную сумму ICMPv4 и сохранить ее в заголовке ICMPv4.

Особенности символьного сокета версии IPv6

Для символьного сокета IPv6 существуют несколько отличий (RFC 3542 [114]).

Все поля в заголовках протоколов, отсылаемых или получаемых на символьном сокете IPv6, должны находиться в сетевом порядке байтов.

В IPv6 не существует параметров, подобных параметру

IP_HDRINCL

сокета IPv4. Полные пакеты IPv6 (включая дополнительные заголовки) не могут быть прочитаны или записаны через символьный сокет IPv6. Приложения имеют доступ почти ко всем полям заголовка IPv6 и дополнительных заголовков через параметры сокета или вспомогательные данные (см. упражнение 28.1). Если приложению все же необходимо полностью считать или записать IPv6-дейтаграмму, необходимо использовать доступ к канальному уровню (о нем речь пойдет в главе 29).

Как вскоре будет показано, на символьном сокете IPv6 по-другому обрабатываются контрольные суммы.

Параметр сокета IPV6_CHECKSUM

Для символьного сокета ICMPv6 ядро всегда вычисляет и сохраняет контрольную сумму в заголовке ICMPv6, тогда как для символьного сокета ICMPv4 приложение должно выполнять данную операцию самостоятельно (сравните листинги 28.10 и 28.12). И ICMPv4, и ICMPv6 требуют от отправителя вычисления контрольной суммы, но ICMPv6 включает в свою контрольную сумму псевдозаголовок (понятие псевдозаголовка обсуждается при вычислении контрольной суммы UDP в листинге 29.10). Одно из полей этого псевдозаголовка представляет собой IPv6-адрес отправителя, и обычно приложение оставляет ядру возможность выбирать это значение. Чтобы приложению не нужно было пытаться отыскать этот адрес только для вычисления контрольной суммы, проще разрешить вычислять

контрольную сумму ядру.

Для других символьных сокетов IPv6 (при создании которых третий аргумент функции

socket

отличен от

IPPROTO_ICMPV6

) параметр сокета сообщает ядру, вычислять ли контрольную сумму и сохранять ли ее в исходящих пакетах, а также следует ли проверять контрольную сумму в приходящих пакетах. По умолчанию этот параметр выключен, а включается он путем присваивания неотрицательного значения параметра, как в следующем примере:

int offset = 2;

if (setsockopt(sockfd, IPPROTO_IPV6, IPV6_CHECKSUM,

&offset, sizeof(offset)) < 0)

обработка ошибки

Здесь не только разрешается вычисление контрольной суммы на данном сокете, но и сообщается ядру смещение 16-разрядной контрольной суммы в байтах: в данном примере оно составляет два байта от начала данных приложения. Чтобы отключить данный параметр, ему нужно присвоить значение -1. Если он включен, ядро будет вычислять и сохранять контрольную сумму для исходящих пакетов, посланных на данном сокете, а также проверять контрольную сумму для пакетов, получаемых данным сокетом.

28.4. Ввод через символьный сокет

Первый вопрос, на который следует ответить, говоря о символьных сокетах, следующий: какие из полученных IP-дейтаграмм ядро передает символьному сокету? Применяются следующие правила:

1. Получаемые пакеты UDP и TCP никогдане передаются на символьный сокет. Если процесс хочет считать IP-дейтаграмму, содержащую пакеты UDP или TCP, пакеты должны считываться на канальном уровне, как показано в главе 29.

2. БольшинствоICMP-пакетов передаются на символьный сокет, после того как ядро заканчивает обработку ICMP-сообщения. Беркли-реализации посылают все получаемые ICMP-пакеты на символьный сокет, кроме эхо-запроса, запроса отметки времени и запроса маски адреса [128, с. 302–303]. Эти три типа ICMP-сообщений полностью обрабатываются ядром.

3. ВсеIGMP-пакеты передаются на символьный сокет, после того как ядро заканчивает обработку IGMP-сообщения.

4. ВсеIP-дейтаграммы с таким значением поля протокола, которое не понимает ядро, передаются на символьный сокет. Для этих пакетов ядро выполняет только минимальную проверку некоторых полей IP-заголовка, таких как версия IP, контрольная сумма IPv4-заголовка, длина заголовка и IP-адрес получателя [128, с. 213–220].

5. Если дейтаграмма приходит фрагментами, символьному сокету ничего не передается, до тех пор, пока все фрагменты не прибудут и не будут собраны вместе.

Если у ядра есть IP-дейтаграмма для пересылки символьному сокету, в поисках подходящих сокетов проверяются все символьные сокеты всех процессов. Копия IP-дейтаграммы доставляется каждомуподходящему сокету. Для каждого символьного сокета выполняются три перечисленных ниже проверки, и только в том случае, если все три проверки дают положительный результат, дейтаграмма направляется данному сокету.

1. Если при создании символьного сокета определено ненулевое значение

protocol

(третий аргумент функции

socket

), то значение поля протокола полученной дейтаграммы должно совпадать с этим ненулевым значением, иначе дейтаграмма не будет доставлена на данный сокет.