Курсовая работа: Реализация сети в операционной системе Linux

sys_socket

tcp_close net/ipv4/tcp.c

устанавливает флаг FYN

tpc_connect net/ipv4/tpc_output.c

сохдает пакеты для соединения с установленным размером окна

и соответствующими битами, ложит пакет в очередь и выpывает

tcp_transmit_skb чтоб послать пакет

tcp_transmit_skb -заполняет заголовок пакета и передает его

на уроветь IP

tcp_v4_connect()

вызывает ip_route_connect

создает соединительный пакет и вызывает tcp_connect

udp_close

udp_connect

Обмен данными

Эта часть описывает процесс обмена данными между различными уровнями ядра и сети Когда приложение отправляет данные то оно пишет в сокет тот в своб очередь определяет свой тип и вызывает соответствующую функцию,та передает данные протоколу транспортного уровня(tcp,udp) функции етого уровня создают структуру sk_buff,копируют в неё данные заполняют заголовок своего уровня,считают контрольную сумму и шлют на уровень IP.Там дописывается заголовок ip,checksum,возможно пакет фраг менторуется и шлётся на xmit очередь сетевого девайса ,тот посылает пакет в сеть.

dev_queue_xmit() - net/core/dev.c

spin_lock_bh() -блокируем девайс

если у него есть очередь

calls enqueue() добавляем пакет

calls qdis() пробуждаем девайс

else calls dev->hard_start_xmit()

calls spin_unlock_bh() освобождаем девайс

DEVICE->hard_start_xmit() - зависит от девайса, drivers/net/DEVICE.c

в общем проверяет открыто ли устройство

посылает заголовок

говорит системной шине послать пакет

обновляет статус

inet_sendmsg() - net/ipv4/af_inet.c

int inet_sendmsg(struct socket *sock, struct msghdr *msg, int size,

struct scm_cookie *scm)

{

struct sock *sk = sock->sk;

/*биндим сокет. */

if (sk->num==0 && inet_autobind(sk) != 0)

return -EAGAIN;

вызываем функцию протокола чтоб послать данные

return sk->prot->sendmsg(sk, msg, size);

}

ip_build_xmit - net/ipv4/ip_output.c (604)

calls sock_alloc_send_skb() выделяем память

=заголовочек=

if(!sk->protinfo.af_inet.hdrincl) {

iph->version=4;

iph->ihl=5;

iph->tos=sk->protinfo.af_inet.tos;

iph->tot_len = htons(length);

iph->frag_off = df;

iph->ttl=sk->protinfo.af_inet.mc_ttl;

ip_select_ident(iph, &rt->u.dst, sk);

if (rt->rt_type != RTN_MULTICAST)

iph->ttl=sk->protinfo.af_inet.ttl;

iph->protocol=sk->protocol;

iph->saddr=rt->rt_src;

iph->daddr=rt->rt_dst;

iph->check=0;

iph->check = ip_fast_csum((unsigned char *)iph, iph->ihl);

err = getfrag(frag, ((char *)iph)+iph->ihl*4,0, length-iph->ihl*4);

}

calls getfrag() копируем данные у юзера

returns rt->u.dst.output() [= dev_queue_xmit()]

ip_queue_xmit() - net/ipv4/ip_output.c (234)

cмотри маршрут

достраиваем ip заголовок

фрагментирум если надо

adds IP checksum

calls skb->dst->output() [= dev_queue_xmit()]

qdisc_restart() - net/sched/sch_generic.c (50)

вырываем пакет из очереди

calls dev->hard_start_xmit()

обновляем статистику

if если ошибка опять стввим пакет в очередь

sock_sendmsg() - net/socket.c (325)

проверяем права и всё такое

calls scm_sendmsg() [socket control message]

шлёмс данные

calls sock->ops[inet]->sendmsg() and destroys scm

>>> sock_write() - net/socket.c (399)

calls socki_lookup() accоциируем сокет с inode

заполняем заголовок сообщения

returns sock_sendmsg()

tcp_sendmsg() - net/ipv4/tcp.c (755)

ждемс соединения

skb = tcp_alloc_pskb память

calls csum_and_copy_from_user() делаем checksum & копируем

calls tcp_send_skb()

tcp_send_skb() - net/ipv4/tcp_output.c (160)

это главная routine посылки буфера

мы ставим буфер в очередь и решаем оставить его там или послать

calls __skb_queue_tail() добавляем в очередь

calls tcp_transmit_skb() если может

tcp_transmit_skb() - net/ipv4/tcp_output.c (77)

строим заголовок tcp и чексумму

calls tcp_build_and_update_options()

проверяем ACKs,SYN

calls tp->af_specific[ip]->queue_xmit()

udp_getfrag() - net/ipv4/udp.c

копируем из адресного пространства пользователя и добавляем checksum

udp_sendmsg() - net/ipv4/udp.c

проверяем флаги и тд

заполняем заголовок

проверяем мультикаст

заполняем маршутную информацию

calls ip_build_xmit()

обновляем статистику udp

returns err

Получение данных

Получение данных начинается с прерывания от сетевой карты. Драйвер девайса выделяет память и пересылает данные в то пространство. Потом передает пакет в связующий уровень который вызывает bottom-halv,которое обрабатывает событие вне прерывания пересылая данные на уровень выше -ip.Тот проверяет ошибки фрагменты, маршрутизирует пакет или отсылает на уровень выше(tcp || udp) Этот уровень снова проверяет ошибки определяет сокет которому предназначен пакет и ложит его в очередь сокета. Тот в свою очередь будит пользовательский процесс и копирует данные в его буфер.

Чтение из сокета(1)

Пытаемся что-то прочитать(и засыпаем)

Заполняем заголовок сообщения указателем на буфер(сокет)

проверяем простые ошибки

передаем сообщение inet сокету

Получение пакета

Пробуждение устройства(прерывание)

проверка девайса

Получение заголовка

выделение памяти

ложим пакет в то место судя по всему используя DMA

ставим пакет в очередь

выставляем флаг запуска bottom-halv

BottomHalv

Запуск сетевого ботом-халва

Пересылка пакетов из девайса чтоб не было прерываний

пересылка пакетов на уровень ip

очистка очереди отсылки

возврат

Уровень IP

Проверка ошибок

Дефрагментация если необходимо

Определение маршрута(форвардить или нет)

Отсылка пакета по назначению(TCP||UDP||forwarding)

Получение пакета в UDP

Проверка ошибок

проверка сокета назначения

пересылка пакета в очередь сокета

пробуждения ждущего процесса

Получение TCP

Проверка флагов и ошибок а также не был ли получен пакет ранее

Определение сокета

пересылка пакета в очередь сокета

пробуждения ждущего процесса

Чтение из сокета(2)

Пробуждение процесса

Вызов соответствуюшей функции доставки(udp ||tcp) в буфер пользователя

Возврат

IP forwarding

Рассмотрим подробнее процесс форвардинга пакетов

Сначала идет проверка TTL и уменьшение его на 1 Проверка пакета на наличие действительного маршрута если такого нет то отсылается соответствующее icmp сообщение копирование пакета в новый буфер и освобождение старого Установка нужных ip опций фрагменторование если необходимо отправка пакета на нужный девайс

DEVICE_rx() девайсно зависимая функция,

пример drivers/net/de600.c

здесь я попытаюсь перевести замечательные комментарии автора

Linux driver for the D-Link DE-600 Ethernet pocket adapter.

*

* Portions (C) Copyright 1993, 1994 by Bjorn Ekwall

* The Author may be reached as bj0rn@blox.se

/*

* Если у нас хороший пакет то забираем его из адаптера

*/

static void

de600_rx_intr(struct net_device *dev)

{

struct sk_buff *skb;

unsigned long flags;

int i;

int read_from;

int size;

register unsigned char *buffer;

save_flags(flags);

cli();

/* Определяем размер пакета */

size = de600_read_byte(RX_LEN, dev); /* нижния байт */

size += (de600_read_byte(RX_LEN, dev) << 8); /* верхний байт */

size -= 4; /* Ignore trailing 4 CRC-bytes */

/* Сообщаем адаптеру куда ложить следующий пакет и получаем */

read_from = rx_page_adr();

next_rx_page();

de600_put_command(RX_ENABLE);

restore_flags(flags);

if ((size < 32) || (size > 1535)) {

printk("%s: Bogus packet size %d.\n", dev->name, size);

if (size > 10000)

adapter_init(dev);

return;

}

skb = dev_alloc_skb(size+2);

if (skb == NULL) {

printk("%s: Couldn't allocate a sk_buff of size %d.\n",

dev->name, size);

return;

}

/* Иначе*/

skb->dev = dev;

skb_reserve(skb,2); /* Align */

/* 'skb->data' указывет на начало буфера данных. */

buffer = skb_put(skb,size);

/* копируем пакет в буфер */

de600_setup_address(read_from, RW_ADDR);

for (i = size; i > 0; --i, ++buffer)

*buffer = de600_read_byte(READ_DATA, dev);

/* Определяем тип протокола

skb->protocol=eth_type_trans(skb,dev);

/*Передаем на верхний уровень см net/core/dev.c

netif_rx(skb);

/* обновляем статистику */

dev->last_rx = jiffies;

((struct net_device_stats *)(dev->priv))->rx_packets++; /* количество получений */

((struct net_device_stats *)(dev->priv))->rx_bytes += size; /* количество полученных байт */

/*

* Если случится что-то плохое во время доставки, netif_rx()

* сделало a mark_bh(INET_BH) для нас и будет работать

* когда мы войдем в bottom-halv.

*/

}

ip_finish_output() net/ipv4/ip_output

определяет девайс для данного маршрута

вызывает функцию девайса[=dev_queue_xmit]

ip_forward -net/ipv4/ip_forward

в этом файле хорошие комментарии

проверяем роутер

если пакет никому не предназначен то дропаем

если плохой TTL аналогично

если неможет пакет отфорвардится то отправляем icmp пакет ICMP_DEST_UNREACH

если необходимо шлем пакет ICMP HOST REDIRECT

копируем и уничтожаем старый пакет

уменьшаем TTL

если необходимо устанавливаем нужные опции ip_forward_options в

ip_forward_finish

ip_rcv net/ipv4/ip_input.c главная функция получения ip пакета

проверяем ошибки

плохая длина

версия

чексумма

вызываем pskb_trim

вызываем ip_route_input

Процесс маршрутизации

Как уже говорилось есть тоюлица соседей, FIB,routing cache Таблица соседей содержит адреса(mac) компьютеров которые физически соединены с нами. Linux использует АRP для определения адресов ета таблица динамическая хотя администраторы могут задать статические записи. Стуктуры связанные с етой таблицей описаны в include/net/neighbour.h основные структуры. struct neigh_table -их целый связаный список struct neigh_parms -список содержит разнообразную статистику struct neighbour -hash таблица соседей ассоциированных с данной таблицей struct pneig_entry -hash всех девайсов

поля struct neighbour

struct net_device -девайс

hh_cache -указатель на аппаратный кэш

sk_buff_head arp_queuq -очередь arp пакетов

есть local -в ней находятся свои интерфейсы

и main в ней наверное всё остальное

Forwarding Information Database

struct fib_table в include/net/ip_fib.h

содержит указатели на различные функции

tb_stamp

tb_id -255 для local и 254 для main

td_data -hash fib таблица

struct fn_hash -net/ipv4/fib_hash.c

struct fn_zone *fn_zones[33] -указатели на зоны

struct fn_zone *fn_zone_list указатель на первую не пустую зону

struct fn_zone содержит информацию про зону и маршруты для неё

struct fib_node ** fz_hash -указывает на кэш записей этой зоны

int fz_nent количество записей

int fx_divisor числу бакетов для зоны (в основном 16 кроме зоны 0000

loopback девайса)

int fz_order индекс зоны в родительской fn_hash

struct fib_node -содержит информацию по девайсу в fib_info(include/net/ip_fib.h)

метрику ,протокол и т.д

Routing Cache

Это наиболее быстрый способ нахождения маршрута Когда ip нужен маршрут ,то он определяет ячейку в хэше,которая указывает на цепочку маршрутов и идёт по этой цепочке пока не найдет нужный маршруты имеют таймеры и частоту использования ,наиболее частые перемещаются в начало.

struct rtable -звено в цепочке

содержит адреса отправителя и получателя

входящий интерфейс

адрес соседа или шлюза

struct dst_entry

содержит спецефические для данного маршрута данные и функции

struct dev -понятно

pmtu максимальная длина пакета для данного маршрута

int (*input)(struct sk_buff) -указатель на функцию приема для данного маршрута

часто ето tcp_rcv

int (*output)(struct sk_buff) указатель на функцию отсылки (dev_queue_xmit)

также разнообразные статистические данные и опции

Таким образом нами было проведено исследование сетевой архитектуры операционной системы Линух на примере реализации стека протоколов tcp-ip версии 4 в ядре 2.4.7

Приложение

После длительных теоретических изысканий применим их на практике

Нашей целью будет создание удобного пользовательского интерфейса для указания в пакете подставного ip адреса(адреса которого нет у никакого нашего интерфейса) Я не буду показывать ,то как адреса выставляются в ядре. Замечу только то что, из сокета семейства AF_INET и типа SOCK_RAW пакет с не своим адресом отправить вроде бы можно (в ядре 2.2 ,насчет 2.4 неуверен -может там есть какие-то проверки). страницы мана говорят про опцию IP_HDRINCL .Их можно отправлять также через тип SOCK_PACKET. Но для всего этого знать код ядра не очень необходимо. Поэтому мы пойдём други путём.

Наиболее легкий путь(?) сделать это через интерфейс setsockopt. После внимательного изучения кода функции sys_setsockopt -net/socket.c находим строки if ((sock = sockfd_lookup(fd, &err))!=NULL)

{

if (level == SOL_SOCKET)

err=sock_setsockopt(sock,level,optname,optval,optlen);

else

err=sock->ops->setsockopt(sock, level, optname, optval,optlen);

sockfd_put(sock);

}

return err;

}

значит нам надо искать функцию setsockopt в коде для реализации для типа sock_raw это файл net/ipv4/raw.c смотрим static int raw_setsockopt(struct sock *sk, int level, int optname,

char *optval, int optlen)

{

if (level != SOL_RAW)

return ip_setsockopt(sk, level, optname, optval, optlen);

...................................

}

функция ip_setsockopt лежит в net/ipv4/ip_sockglue.c в ней идет длинный перебор опций мы остановим свой выбор на уровне SOL_IP и добавим в перебор свои строки /*HACK:>>>>>>>>>>>>>>>*/

#ifdef CONFIG_HACKIP

case IP_HACKIP:

printk("HACKIP:setsockopt flag %d\n",sk->hackflag);

sk->hackflag=1;

get_user(val,(int *) optval);

printk("HACKIP:setsockopt val %d\n",val);

sk->hackf.src_addr=val;

break;

#endif

case IP_HDRINCL:

подробнее опишем происходящие действия

printk -выводим отлабочные сообщения

Я не уверен ,но судя по всему при создании сокета вся структура обнуляется поэтому мы можем не смотреть флаг .Я добавил эту строку ,чтоб посмотреть всегда ли он равен 0 при не установленной опции а после установки при повторе он равен 1. get_user забираем значение ,подробности include/asm/uaccess.h но для всего этого нам надо добавить соответствующие поля в struct sock =======sock.h=============

.........................

#ifdef CONFIG_HACKIP

/*HACK:>>>>>>>>>>>>>>>>>>*/

struct ip_hack {

__u32 src_addr;

};

#endif

struct sock {

/* Socket demultiplex comparisons on incoming packets. */

.................................

#ifdef CONFIG_HACKIP

/*HACK:>>>>>>>>>>>>>>>>>*/

struct ip_hack hackf;

int hackflag;

#endif

........................................

===========end======================

теперь нам надо перехватить отправку пакета

идем в файл net/ipv4/ip_output.c и после всех строк где есть 'iph->saddr=' вставляем наш код #ifdef CONFIG_HACKIP

if((sk->hackf.src_addr!=0)&&(sk->hackflag==1))

{

iph->saddr=sk->hackf.src_addr;

printk("HACKIP:ip_build_and_send.. %d\n",iph->saddr);

}

#endif

Осталось малое: в файл include/linux/in.h добавляем строку #define IP_HACKIP 16

в файл net/Config.in

bool 'HACKIP facilities' CONFIG_HACKIP делаем

cd /usr/src/linux

make menuconfig

make dep

make bzImage

cp arh/i386/boot/bzImage /boot/kursach

правим lilo.conf или /boot/grub/menu.lst

соответствуюшая команда

reboot....

теперь протестируем нашу программу извиняюсь за возможное наличие лишних include просто я переделал файл из друго-го проекта

============rel.c========================

/* Written by Gleb Paharenko <gleb@ptf.kiev.ua> 2003 */

/*Посвящяется Кевину Митнику */

/*и прекрасной весне в мае 2003-го*/

#include<stdio.h>

#include<stdlib.h>

#include<unistd.h>

#include<sys/socket.h>

#include<resolv.h>

#include<arpa/inet.h>

#include<errno.h>

#include<string.h>

#include<linux/ip.h>

#define IP_HACKIP 16

int main()

{

int sd,res;

int value=1;

int sval=0;

int oval=1;

char buffer[100];

struct sockaddr_in addr,raddr;

bzero(buffer,sizeof(buffer));

if((sd=socket(PF_INET,SOCK_RAW,6))<0)

{

perror("Socket");

exit(errno);

}

bzero(&addr,sizeof(addr));

addr.sin_family=AF_INET;

raddr.sin_family=AF_INET;

addr.sin_port=0;

raddr.sin_port=0;

inet_aton("212.168.1.11",(struct sockaddr *)&(addr.sin_addr));

inet_aton("192.168.1.1",(struct sockaddr *)&(raddr.sin_addr));

sval=addr.sin_addr.s_addr;

inet_aton("192.168.1.10",(struct sockaddr *)&(addr.sin_addr));

if(bind(sd,(struct sockaddr *)&addr,sizeof(addr))<0)

{

perror("bind");

exit(errno);

}

if(connect(sd,(struct sockaddr *)&raddr,sizeof(raddr))!=0){

perror("connect");exit(errno);}

/* Вот ОНО!*/

if(setsockopt(sd,SOL_IP,IP_HACKIP,&sval,4)!=0)

{ perror("setsockopt");

exit(errno);

}

send(sd,"Kursovaja",10,0);

}

делаем

# gcc rel.c

#./a.out

#tail /var/log/messages

..................

..................

May 20 00:53:49 kursach -- root[863]: ROOT LOGIN ON tty1

May 20 00:53:51 kursach kernel: HACKIP:setsockopt flag 0

May 20 00:53:51 kursach kernel: HACKIP:setsockopt val 184658132

May 20 00:53:51 kursach kernel: HACKIP:ip_build_and_send.. 184658132

Обьясняю

дома у меня стоит vmware :host-only networking

host machine Windows2000 Professional 192.168.1.1/24

virtual Linux Red-Hat 7.2 "Enigma" 192.168.1.10/24

на 2000 запущен SpyNet

Ловим пакет и...

Работает!!!!!

Список литературы

Для подготовки данной работы были использованы материалы с сайта http://www.winsov.ru