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.