Linux. Mechanizmy sieciowe

Kompletny przewodnik po mechanizmach sieciowych Linuksa

• Inicjalizacja urządzeń sieciowych.
• Interfejsy pomiędzy urządzeniami i protokołami.
• Rozwiązania specyficzne dla protokołów.

Sieci, a szczególnie internet, to jeden z filarów współczesnej informatyki. Niemal każdy elektroniczny gadżet może pracować w sieci za pośrednictwem różnych metod komunikacji. Ogromna ilość produkowanych dziś urządzeń sieciowych opiera się na różnych dystrybucjach systemu operacyjnego Linux. Ten dostępny nieodpłatnie system operacyjny od początku tworzony był z uwzględnieniem roli, jaką mógłby odgrywać w świecie sieci komputerowych, więc zaimplementowano w nim niemal wszystkie możliwe mechanizmy sieciowe. Dodatkowo filozofia, jaką przyjęto przy rozwoju tego systemu operacyjnego, pozwala wszystkim jego użytkownikom na dodawanie do jądra Linuksa własnych modułów zapewniających obsługę niestandardowych urządzeń i protokołów.

Książka "Linux. Mechanizmy sieciowe" to szczegółowe omówienie rozwiązań sieciowych, jakie zostały zastosowane w tym systemie operacyjnym. Opisuje sposoby, w jakie jądro Linuksa realizuje zadania przydzielane mu przez protokoły IP. Czytając ją, można poznać współczesną łączność sieciową na wziętych z życia przykładach. Pozycja ta jest doskonałym przewodnikiem po kodzie źródłowym funkcji sieciowych jądra systemu Linux. Przedstawia kod w języku C z obszernymi komentarzami i wyjaśnieniami zastosowanych mechanizmów.

• Struktury danych
• Rejestracja i inicjalizowanie urządzeń sieciowych
• Powiadamianie jądra o odbiorze ramki
• Obsługa protokołów
• Implementacja mostkowania
• Obsługa IPv4
• Podsystem sąsiedztwa
• Routing

SPIS TREŚCI:

Wstęp (13)
Część I Podstawy (21)
1. Wprowadzenie (23)

• Podstawowa terminologia (23)
• Typowe wzorce kodowania (24)
• Narzędzia dostępne w przestrzeni użytkownika (36)
• Przeglądanie kodu źródłowego (37)
• Opcje oferowane w postaci łat (38)

2. Najważniejsze struktury danych (41)

• Bufor gniazda: struktura sk_buff (41)
• Struktura net_device (60)
• Pliki występujące w tym rozdziale (73)

3. Interfejs użytkownik - jądro (75)

• Informacje ogólne (75)
• procfs kontra sysctl (77)
• Interfejs ioctl (84)
• Netlink (86)
• Serializacja zmian konfiguracji (87)

Część II Inicjalizacja systemu (89)
4. Łańcuchy powiadomień (91)

• Przyczyny wprowadzenia łańcuchów powiadomień (91)
• Informacje ogólne (93)
• Definiowanie łańcucha (93)
• Rejestracja w łańcuchu (94)
• Powiadamianie o zdarzeniach (95)
• Łańcuchy powiadomień w podsystemach sieciowych (96)
• Strojenie za pośrednictwem systemu plików /proc (97)
• Funkcje i zmienne występujące w tym rozdziale (97)
• Pliki i katalogi występujące w tym rozdziale (98)

5. Inicjalizacja urządzeń sieciowych (99)

• Ogólne informacje na temat inicjalizacji systemu (99)
• Rejestracja i inicjalizacjaa urządzeń (101)
• Podstawowe cele inicjalizacji kart sieciowych (101)
• Interakcje pomiędzy urządzeniami i jądrem (102)
• Opcje inicjalizacji (107)
• Opcje modułów (108)
• Inicjalizacja warstwy obsługi urządzeń: net_dev_init (109)
• Kod pomocniczy w przestrzeni użytkownika (111)
• Urządzenia wirtualne (114)
• Strojenie za pośrednictwem systemu plików /proc (117)
• Funkcje i zmienne występujące w tym rozdziale (118)
• Pliki i katalogi występujące w tym rozdziale (118)

6. Warstwa PCI i karty sieciowe (119)

• Struktury danych występujące w tym rozdziale (119)
• Rejestracja sterownika karty sieciowej PCI (121)
• Zarządzanie zasilaniem i Wake-on-LAN (122)
• Przykład rejestracji sterownika karty sieciowej PCI (123)
• Ogólny schemat (125)
• Strojenie za pośrednictwem systemu plików /proc (125)
• Funkcje i zmienne występujące w tym rozdziale (127)
• Pliki i katalogi występujące w tym rozdziale (127)

7. Infrastruktura jądra związana z inicjacją komponentów (129)

• Opcje uruchamiania jądra (129)
• Kod inicjacji modułu (135)
• Optymalizacja etykiet opartych na makrach (138)
• Procedury inicjacji wykonywane podczas uruchamiania systemu (140)
• Optymalizacja pamięci (142)
• Strojenie za pośrednictwem systemu plików /proc (146)
• Funkcje i zmienne występujące w tym rozdziale (146)
• Pliki i katalogi występujące w tym rozdziale (147)

8. Rejestracja i inicjacja urządzeń (149)

• Kiedy urządzenie zostaje zarejestrowane (150)
• Kiedy urządzenie zostaje wyrejestrowane (151)
• Przydział struktur net_device (151)
• Szkielet zarejestrowania i wyrejestrowania karty sieciowej (152)
• Inicjacja urządzenia (154)
• Organizacja struktur net_device (158)
• Stan urządzenia (160)
• Rejestrowanie i wyrejestrowywanie urządzeń (162)
• Rejestracja urządzenia (166)
• Wyrejestrowanie urządzenia (168)
• Włączanie i wyłączanie urządzenia sieciowego (172)
• Aktualizacja stanu reguły kolejkowania (173)
• Konfigurowanie urządzeń z przestrzeni użytkownika (177)
• Urządzenia wirtualne (180)
• Blokowanie (182)
• Strojenie za pośrednictwem systemu plików /proc (183)
• Funkcje i zmienne występujące w tym rozdziale (183)
• Pliki i katalogi występujące w tym rozdziale (184)

Część III Wysyłanie i odbieranie (185)
9. Przerwania i sterowniki sieciowe (187)

• Decyzje i kierunki ruchu (187)
• Powiadamianie sterownika o odebraniu ramki (189)
• Procedury obsługi przerwań (192)
• Struktura danych softnet_data (213)

10. Odbiór ramki (217)

• Interakcje z innymi opcjami (218)
• Włączanie i wyłączanie urządzenia (218)
• Kolejki (219)
• Powiadamianie jądra o odbiorze ramki: NAPI i netif_rx (219)
• Stary interfejs pomiędzy sterownikami urządzeń i jądrem: pierwsza część netif_rx (225)
• Zarządzanie obciążeniem (231)
• Obsługa przerwania NET_RX_SOFTIRQ: net_rx_action (234)

11. Wysyłanie ramki (245)

• Włączanie i wyłączanie wysyłania (247)

12. Informacje o przerwaniach (265)

• Dane statystyczne (265)
• Strojenie za pośrednictwem systemów plików /proc i sysfs (266)
• Funkcje i zmienne występujące w tej części książki (267)
• Pliki i katalogi występujące w tej części książki (268)

13. Procedury obsługi protokołów (271)

• Przegląd stosu protokołowego (271)
• Wykonanie odpowiedniej procedury obsługi protokołu (279)
• Organizacja procedur obsługi protokołów (283)
• Rejestracja procedury obsługi protokołu (284)
• Ethernet i ramki IEEE 802.3 (286)
• Strojenie za pośrednictwem systemu plików /proc (296)
• Funkcje i zmienne występujące w tym rozdziale (297)
• Pliki i katalogi występujące w tym rozdziale (297)

Część IV Mostkowanie (299)
14. Mostkowanie: podstawowe koncepcje (301)

• Wtórniki, mosty i routery (301)
• Mosty i przełączniki (303)
• Hosty (304)
• Łączenie sieci lokalnych za pomocą mostów (304)
• Mostkowanie różnych technologii sieci lokalnych (305)
• Uczenie się adresów (306)
• Sieci z wieloma mostami (308)

15. Mostkowanie: protokół drzewa częściowego (315)

• Podstawowa terminologia (316)
• Przykład hierarchicznej topologii L2 zawierającej mosty (316)
• Podstawowe elementy protokołu Spanning Tree Protocol (320)
• Identyfikatory portów i mostów (325)
• Ramki BPDU (327)
• Definiowanie aktywnej topologii (332)
• Liczniki czasu (339)
• Zmiany topologii (344)
• Kapsułkowanie ramek BPDU (348)
• Wysyłanie konfiguracyjnych ramek BPDU (348)
• Przetwarzanie ramek wejściowych (351)
• Czas konwergencji (353)
• Przegląd nowych wersji protokołu STP (354)

16. Mostkowanie: implementacja w Linuksie (359)

• Abstrakcja urządzenia mostkującego (359)
• Ważne struktury danych (362)
• Inicjalizacja kodu mostkowania (364)
• Tworzenie urządzeń i portów mostkujących (365)
• Tworzenie nowego urządzenia mostkującego (365)
• Procedura inicjalizacyjna urządzenia mostkującego (366)
• Usuwanie mostu (367)
• Dodawanie portów do mostu (367)
• Usuwanie portu mostu (370)
• Włączanie i wyłączanie urządzenia mostkującego (370)
• Włączanie i wyłączanie portu mostu (371)
• Zmiana stanu portu (373)
• Panorama (373)
• Baza przekazywania (375)
• Obsługa ruchu wejściowego (378)
• Wysyłanie danych z urządzenia mostkującego (382)
• Spanning Tree Protocol (STP) (383)
• Łańcuch powiadomień netdevice (390)

17. Mostkowanie: zagadnienia różne (393)

• Narzędzia konfiguracyjne działające w przestrzeni użytkownika (393)
• Dostrajanie za pomocą systemu plików /proc (398)
• Dostrajanie za pomocą systemu plików /sys (398)
• Statystyka (399)
• Struktury danych przedstawione w tej części książki (400)
• Funkcje i zmienne przedstawione w tej części książki (404)
• Pliki i katalogi przedstawione w tej części książki (405)

Część V Internet Protocol Version 4 (IPv4) (407)
18. Internet Protocol Version 4 (IPv4): pojęcia (409)

• Protokół IP: panorama (409)
• Nagłówek IP (411)
• Opcje IP (414)
• Fragmentacja i defragmentacja pakietów (420)
• Sumy kontrolne (430)

19. Internet Protocol Version 4 (IPv4): funkcje i cechy jądra Linuksa (437)

• Główne struktury danych IPv4 (437)
• Ogólna obsługa pakietów (441)
• Opcje IP (450)

20. Internet Protocol Version 4 (IPv4): przekazywanie i lokalne dostarczanie (461)

• Przekazywanie (461)
• Dostarczanie lokalne (466)

21. Internet Protocol Version 4 (IPv4): transmisja (469)

• Kluczowe funkcje transmisyjne (470)
• Interfejs do podsystemu sąsiedztwa (504)

22. Internet Protocol Version 4 (IPv4): obsługa fragmentacji (505)

• Fragmentacja IP (506)
• Defragmentacja IP (514)

23. Internet Protocol Version 4 (IPv4): zagadnienia różne (527)

• Długo przechowywane informacje o partnerze IP (527)
• Wybór wartości identyfikatora w nagłówku IP (531)
• Statystyka IP (532)
• Konfiguracja IP (535)
• IP-over-IP (540)
• Protokół IPv4: co z nim jest nie tak? (541)
• Dostrajanie za pomocą systemu plików /proc (542)
• Struktury danych opisywane w tej części książki (545)
• Funkcje i zmienne wspomniane w tej części książki (554)
• Pliki i katalogi wspomniane w tej części książki (556)

24. Protokół warstwy czwartej i obsługa Raw IP (557)

• Dostępne protokoły L4 (557)
• Rejestracja protokołu L4 (558)
• Dostarczanie danych L3 do L4: ip_local_deliver_finish (562)
• IPv4 a IPv6 (569)
• Dostrajanie za pomocą systemu plików /proc (569)
• Funkcje i zmienne przedstawione w tym rozdziale (570)
• Pliki i katalogi przedstawione w tym rozdziale (570)

25. Internet Control Message Protocol (ICMPv4) (571)

• Nagłówek ICMP (572)
• Treść ICMP (573)
• Typy komunikatów ICMP (574)
• Zastosowania protokołu ICMP (580)
• Panorama (583)
• Inicjalizacja protokołu (584)
• Struktury danych opisywane w tym rozdziale (585)
• Wysyłanie komunikatów ICMP (587)
• Odbieranie komunikatów ICMP (594)
• Statystyka ICMP (601)
• Przekazywanie powiadomień o błędach do warstwy transportu (603)
• Dostrajanie za pomocą systemu plików /proc (604)
• Funkcje i zmienne przedstawione w tym rozdziale (605)
• Pliki i katalogi przedstawione w tym rozdziale (605)

Część VI Podsystem sąsiedztwa (607)
26. Podsystem sąsiedztwa: pojęcia (609)

• Co to jest sąsiad? (609)
• Do czego potrzebne są protokoły sąsiedztwa? (612)
• Implementacja w Linuksie (617)
• Pośredniczenie w protokole sąsiedztwa (619)
• Wysyłanie i przetwarzanie żądań odwzorowania adresu (622)
• Stany sąsiadów i wykrywanie nieosiągalności sieci (625)

27. Podsystem sąsiedztwa: infrastruktura (633)

• Główne struktury danych (633)
• Wspólny interfejs między protokołami L3 a protokołami sąsiedztwa (636)
• Ogólne zadania infrastruktury sąsiedztwa (646)
• Liczniki referencji do struktur neighbour (650)
• Tworzenie wpisu sąsiada (651)
• Usuwanie sąsiada (653)
• Działanie w charakterze pośrednika (658)
• Buforowanie nagłówków L2 (662)
• Inicjalizacja i finalizacja protokołu (666)
• Interakcja z innymi podsystemami (667)
• Interakcja między protokołami sąsiedztwa a funkcjami transmisyjnymi L3 (670)
• Kolejkowanie (671)

28. Podsystem sąsiedztwa: Address Resolution Protocol (ARP) (677)

• Format pakietu ARP (678)
• Przykład transakcji ARP (680)
• Spontaniczny ARP (681)
• Odpowiedzi z wielu interfejsów (683)
• Konfigurowalne opcje ARP (685)
• Inicjalizacja protokołu ARP (691)
• Inicjalizacja struktury neighbour (693)
• Wysyłanie i odbieranie pakietów ARP (698)
• Przetwarzanie wejściowych pakietów ARP (703)
• Pośredniczenie ARP (710)
• Przykłady (715)
• Zdarzenia zewnętrzne (717)
• ARPD (719)
• Reverse Address Resolution Protocol (RARP) (722)
• Ulepszenia w ND (IPv6) w stosunku do ARP (IPv4) (722)

29. Podsystem sąsiedztwa: zagadnienia różne (723)

• Zarządzanie sąsiadami przez administratora systemu (723)
• Dostrajanie za pomocą systemu plików /proc (726)
• Struktury danych przedstawione w tej części książki (731)
• Funkcje i zmienne przedstawione w tej części książki (744)
• Pliki i katalogi przedstawione w tej części książki (745)

Część VII Routing (747)
30. Routing: pojęcia (749)

• Routery, trasy i tablice tras (750)
• Podstawowe elementy routingu (754)
• Tablica tras (764)
• Wyszukiwania (768)
• Odbieranie pakietów a wysyłanie pakietów (770)

31. Routing: zagadnienia zaawansowane (773)

• Zasady routingu opartego na polityce (773)
• Zasady routingu wielościeżkowego (778)
• Interakcje z innymi podsystemami jądra (784)
• Demony protokołów routingu (789)
• Szczegółowe monitorowanie (791)
• Komunikaty ICMP_REDIRECT (791)
• Filtrowanie ścieżek odwrotnych (796)

32. Routing: implementacja w Linuksie (799)

• Opcje jądra (799)
• Główne struktury danych (802)
• Zasięgi tras i adresów (806)
• Podstawowe i wtórne adresy IP (808)
• Uniwersalne procedury pomocnicze i makra (809)
• Globalne blokady (811)
• Inicjalizacja podsystemu routingu (811)
• Zdarzenia zewnętrzne (813)
• Interakcje z innymi podsystemami (824)

33. Routing: bufor tras (827)

• Inicjalizacja bufora tras (827)
• Organizacja tablicy tras (828)
• Podstawowe operacje na buforze (829)
• Buforowanie wielościeżkowe (838)
• Interfejs między DST a wywołującymi protokołami (843)
• Opróżnianie bufora tras (849)
• Odśmiecanie (850)
• Ograniczanie częstotliwości wyjściowych komunikatów ICMP (860)

34. Routing: tablice tras (861)

• Organizacja tablic mieszających w podsystemie routingu (861)
• Inicjalizacja tablicy tras (867)
• Dodawanie i usuwanie tras (868)
• Routing oparty na polityce i jego wpływ na definicje tablic tras (873)

35. Routing: wyszukiwania (875)

• Panorama funkcji wyszukiwawczych (875)
• Procedury pomocnicze (876)
• Przeszukiwanie tablicy: fn_hash_lookup (877)
• Funkcja fib_lookup (882)
• Ustawianie funkcji odbiorczych i transmisyjnych (882)
• Ogólna struktura procedur routingu wejściowego i wyjściowego (885)
• Routing wejściowy (887)
• Routing wyjściowy (895)
• Wpływ routingu wielościeżkowego na wybór następnego przeskoku (902)
• Routing oparty na polityce (905)
• Routing źródłowy (908)
• Routing oparty na polityce i klasyfikator oparty na tablicy tras (909)

36. Routing: zagadnienia różne (913)

• Narzędzia konfiguracyjne działające w przestrzeni użytkownika (913)
• Statystyka (919)
• Dostrajanie za pomocą systemu plików /proc (919)
• Włączanie i wyłączanie przekazywania (926)
• Struktury danych przedstawione w tej części książki (928)
• Funkcje i zmienne przedstawione w tej części książki (944)
• Pliki i katalogi przedstawione w tej części książki (946)

Skorowidz (949)