UNIX: разработка сетевых приложений

  
29.3. DLPI: интерфейс поставщика канального уровня
 
SVR4 обеспечивает доступ к канальному уровню через DLPI (Data Link Provider Interface — интерфейс поставщика канального уровня). DLPI — это не зависящий от протокола интерфейс, разработанный в AT&T и служащий средством связи с сервисами, обеспечиваемыми канальным уровнем [124]. Доступ к DLPI осуществляется посредством отправки и получения сообщений через потоки STREAMS.
Для подсоединения к канальному уровню приложение просто открывает устройство (например, 
le0
) с помощью команды open и использует запрос 
DL_ATTACH_REQ
. Но для эффективной работы используются два дополнительных модуля: 
pfmod
, который осуществляет фильтрацию внутри ядра, и 
bufmod
, буферизующий данные, предназначенные для приложения. Это показано на рис. 29.2.
Рис. 29.2. Захват пакета с использованием DLPI, pfmod и bufmod
Концептуально DLPI аналогичен BPF. 
pfmod
 поддерживает фильтрацию внутри ядра, используя псевдопроцессор, a 
bufmod
 сокращает 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 
pfmod
 используются разные типы псевдопроцессоров. Фильтр BPF — это ориентированный ациклический граф управления потоком (acyclic control flow graph, CFG), в то время как 
pfmod
 использует 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.
  
29.4. Linux: SOCK_PACKET и PF_PACKET
 
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_PACKET
 второй аргумент 
socket
 может быть константой 
SOCK_DGRAM
 (для получения обработанных пакетов без заголовка канального уровня) или 
SOCK_RAW
 (для получения пакетов целиком). Сокеты 
SOCK_PACKET
 передают 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_ARP
 и 
ETH_P_IPV6
.
Указывая протокол 
ETH_P_ххх
, мы тем самым сообщаем канальному уровню, какой тип из получаемых канальным уровнем кадров передавать сокету. Если канальный уровень поддерживает смешанный режим (например, Ehternet), то устройство тоже должно работать в смешанном режиме. Это осуществляется при помощи параметра сокета 
PACKET_ADD_MEMBERSHIP
 с использованием структуры 
packet_mreq
. При этом необходимо указать конкретный интерфейс и задать тип действия 
PACKET_MR_PROMISC
. В старых системах для этого нужно вызвать функцию 
ioctl
 с запросом 
SIOCGIFFLAGS
 для получения флагов, установить флаг 
IFF_PROMISC
 и далее сохранить флаги с помощью 
SIOCSIFFLAGS
. К сожалению, при использовании этого метода программы, работающие в смешанном режиме, могут мешать друг другу, а если в одной из них содержатся ошибки, то она может и не отключить смешанный режим по завершении.
Сравнивая это средство Linux с BPF и DLPI, мы можем отметить некоторые различия.
1. В Linux не обеспечивается буферизация. Фильтрация на уровне ядра доступна только в новых системах (при помощи параметра 
SO_ATTACH_FILTER
). Существует обычный буфер приема сокета, но отсутствует возможность буферизации и отправки приложению нескольких кадров с помощью одной операции считывания. Это увеличивает накладные расходы, связанные с копированием потенциально возможных больших объемов данных из ядра в приложение.
2. В Linux не предусмотрена фильтрация на уровне устройства. Сокеты 
PF_PACKET
 могут быть связаны с устройством функцией 
bind
. Если в вызове функции 
socket
 указан аргумент 
ETH_P_IP
, то все пакеты IPv4 со всех устройств (например, Ethernet, каналы PPP, каналы SLIP и закольцовка) будут переданы на сокет. Функция 
recvfrom
 возвращает общую структуру адреса сокета, а элемент 
sa_data
 содержит имя устройства (например, 
eth0
). Тогда приложение само должно игнорировать данные с тех устройств, которые не представляют для него интереса. Здесь мы сталкиваемся фактически с той же проблемой: возможно, что приложение будет получать слишком много данных, особенно в случае наблюдения за высокоскоростной сетью.
  
29.5. Libcap: библиотека для захвата пакетов
 
Библиотека захвата пакетов 
libcap
 обеспечивает не зависящий от реализации доступ к средствам операционной системы, с помощью которых осуществляется этот захват. В настоящее время поддерживается только чтение пакетов (хотя добавление нескольких строк кода в библиотеку позволяет также записывать пакеты в некоторых системах). В следующем разделе приводится описание альтернативной библиотеки, которая не только дает возможность записывать пакеты на канальный уровень, но и позволяет конструировать пакеты произвольного типа.