Давай программировать стек TCP/IP. Part 1: Ethernet & ARP

[GuDron]

Давай программировать стек TCP/IP. Part 1: Ethernet & ARP

Написание собственного стека TCP/IP может показаться сложной задачей. Действительно, за более чем тридцать лет существования TCP накопилось множество спецификаций. Однако основная спецификация на удивление компактна — важные части включают разбор заголовков TCP, автомат конечных состояний, контроль перегрузок и вычисление времени ожидания повторной передачи.

Наиболее распространенные протоколы второго и третьего уровней — Ethernet и IP, соответственно, — в сравнении с TCP гораздо проще. В этой серии статей мы реализуем минимальный стек TCP/IP в пространстве пользователя для Linux.

Цель этих публикаций и создаваемого ПО исключительно образовательная — углубленное изучение сетевого и системного программирования.

TUN/TAP устройства
Чтобы перехватывать сетевой трафик низкого уровня из ядра Linux, мы будем использовать TAP-устройство Linux. Если кратко, TUN/TAP устройства часто применяются приложениями в пространстве пользователя для работы с трафиком на уровне L3 и L2 соответственно. Популярным примером является туннелирование, когда пакет инкапсулируется внутри полезной нагрузки другого пакета.

Преимущество TUN/TAP устройств в том, что их легко настроить в программе в пространстве пользователя, и они уже используются во множестве программ, таких как OpenVPN.

Поскольку мы хотим строить стек сетевого взаимодействия, начиная со второго уровня, нам потребуется TAP-устройство. Мы создаем его следующим образом:

/*
 * Taken from Kernel Documentation/networking/tuntap.txt
 */
int tun_alloc(char *dev)
{
    struct ifreq ifr;
    int fd, err;

    if( (fd = open("/dev/net/tap", O_RDWR)) < 0 ) {
        print_error("Cannot open TUN/TAP dev");
        exit(1);
    }

    CLEAR(ifr);

    /* Flags: IFF_TUN   - TUN device (no Ethernet headers)
     *        IFF_TAP   - TAP device
     *
     *        IFF_NO_PI - Do not provide packet information
     */
    ifr.ifr_flags = IFF_TAP | IFF_NO_PI;
    if( *dev ) {
        strncpy(ifr.ifr_name, dev, IFNAMSIZ);
    }

    if( (err = ioctl(fd, TUNSETIFF, (void *) &ifr)) < 0 ){
        print_error("ERR: Could not ioctl tun: %s\n", strerror(errno));
        close(fd);
        return err;
    }

    strcpy(dev, ifr.ifr_name);
    return fd;
}