Уильям Стивенс - UNIX: разработка сетевых приложений

Узел, изображенный справа, передает дейтаграмму UDP приложению, связанному с портом UDP 520. Приложению не нужно выполнять никаких специальных действий, чтобы получить широковещательную дейтаграмму UDP — оно лишь создает сокет UDP и связывает номер приложения порта с сокетом. (Предполагается, как обычно, что связанный IP-адрес — INADDR_ANY.)

Но на узле, изображенном в центре, с портом UDP 520 не связано никакое приложение. UDP этого узла игнорирует полученную дейтаграмму. Узел не должен отправлять сообщение ICMP о недоступности порта, поскольку это может вызвать лавину широковещательных сообщений ( broadcast storm ): ситуацию, в которой множество узлов сети генерируют ответы приблизительно в одно и то же время, в результате чего сеть просто невозможно использовать в течение некоторого времени. Кроме того, не совсем понятно, что должен предпринять получатель сообщения об ошибке: что, если некоторые получатели будут сообщать об ошибках, а другие — нет?

В этом примере мы также показываем дейтаграмму, которую изображенный слева узел доставляет сам себе. Это свойство широковещательных сообщений: по определению широковещательное сообщение идет к каждому узлу подсети, включая отправляющий узел [128, с. 109–110]. Мы также предполагаем, что отправляющее приложение связано с портом, на который оно отправляет дейтаграммы (порт 520), поэтому оно получит копию каждой отправленной им широковещательной дейтаграммы. (Однако в общем случае не требуется, чтобы процесс связывался с портом UDP, на который он отправляет дейтаграммы.)

В этом примере мы демонстрируем закольцовку, которая осуществляется либо на уровне IP, либо на канальном уровне, создающем копию [128, с. 109-110] и отправляющем ее вверх по стеку протоколов. Сеть могла бы использовать физическую закольцовку, но это может вызвать проблемы в случае сбоев сети (например, линия Ethernet без терминатора).

Этот пример отражает фундаментальную проблему, связанную с широковещательной передачей: каждый узел IPv4 в подсети, даже не выполняющий соответствующего приложения, должен полностью обрабатывать широковещательную дейтаграмму UDP при ее прохождении вверх по стеку протоколов, включая уровень UDP, прежде чем сможет ее проигнорировать. (Вспомните наше обсуждение следом за листингом 8.11). Более того, каждый не-IP-узел в подсети (скажем, узел, на котором работает IPX Novell) должен также получать целый кадр на канальном уровне, перед тем как он сможет проигнорировать этот кадр (в данном случае мы предполагаем, что узел не поддерживает кадры определенного типа — для дейтаграммы IPv4 тип равен 0x0800). Если приложение генерирует дейтаграммы IP с большой скоростью (например, аудио- или видеоданные), то такая ненужная обработка может серьезно повлиять на остальные узлы подсети. В следующей главе мы увидим, как эта проблема решается с помощью многоадресной передачи.

Для рис. 20.3 мы специально выбрали порт UDP 520. Это порт, используемый демоном routed для обмена пакетами по протоколу информации о маршрутизации (Routing Information Protocol, RIP). Все маршрутизаторы в подсети, использующие RIP, будут отправлять широковещательную дейтаграмму UDP каждые 30 секунд. Если в подсети имеется 200 узлов, в том числе два маршрутизатора, использующих RIP, то 198 узлов должны будут обрабатывать (и игнорировать) эти широковещательные дейтаграммы каждые 30 с, если ни на одном из них не запущен демон routed. Протокол RIP версии 2 использует многоадресную передачу именно для того, чтобы избавиться от этой проблемы.

Мы еще раз изменим нашу функцию dg_cli, на этот раз дав ей возможность отправлять широковещательные сообщения стандартному серверу времени и даты UDP (см. табл. 2.1) и выводить все ответы. Единственное изменение, внесенное нами в функцию main(см. листинг 8.3), состоит в изменении номера порта получателя на 13:

servaddr.sin_port = htons(13);

Сначала мы откомпилируем измененную функцию mainс прежней функцией dg_cliиз листинга 8.4 и запустим ее на узле freebsd:

freebsd % udpcli01 192.168.42.255

hi

sendto error: Permission denied

Аргумент командной строки — это широковещательный адрес подсети для присоединенной сети Ethernet. Мы вводим строку, программа вызывает функцию sendto, и возвращается ошибка EACCESS. Мы получаем ошибку, потому что нам не разрешается посылать дейтаграмму на широковещательный адрес получателя, если мы не указали ядру явно, что будем передавать широковещательное сообщение. Мы выполняем это условие, установив параметр сокета SO_BROADCAST(см. табл. 7.1).

Беркли-реализации реализуют эту «защиту от дурака» (sanity check). Однако Solaris 2.5 принимает дейтаграмму, предназначенную для широковещательного адреса, даже если мы не задаем параметр сокета SO_BROADCAST. Стандарт POSIX требует установки параметра сокета SO_BROADCAST для отправки широковещательной дейтаграммы.

В 4.2BSD широковещательная передача была привилегированной операцией, и параметра сокета SO_BROADCAST не существовало. В 4.3BSD этот параметр был добавлен и каждому процессу стало разрешено его устанавливать.

Теперь мы изменим нашу функцию dg_cli, как показано в листинге 20.1 [1] Все исходные коды программ, опубликованные в этой книге, вы можете найти по адресу http://www.piter.com. . Эта версия устанавливает параметр сокета SO_BROADCASTи выводит все ответы, полученные в течение 5 с.

Листинг 20.1. Функция dg_cli, осуществляющая широковещательную передачу

//bcast/dgclibcast1.c

1 #include "unp.h"

2 static void recvfrom_alarm(int);

3 void

4 dg_cli(FILE *fp, int sockfd, const SA *pservaddr, socklen_t servlen)

5 {

6 int n;

7 const int on = 1;

8 char sendline[MAXLINE], recvline[MAXLINE + 1];

9 socklen_t len;

10 struct sockaddr *preply_addr;

11 preply_addr = Malloc(servlen);

12 Setsockopt(sockfd, SOL_SOCKET, SO_BROADCAST, &on, sizeof(on));

13 Signal(SIGALRM, recvfrom_alarm);

14 while (Fgets(sendline, MAXLINE, fp) != NULL) {

15 Sendto(sockfd, sendline, strlen(sendline), 0, pservaddr, servlen);

16 alarm(5);

17 for (;;) {

18 len = servlen;

19 n = recvfrom(sockfd, recvline, MAXLINE, 0, preply_addr, &len);

20 if (n

21 if (errno == EINTR)

22 break; /* окончание ожидания ответов */

23 else

24 err_sys("recvfrom error");

25 } else {

26 recvline[n] = 0; /* завершающий нуль */

27 printf("from %s: %s",

28 Sock_ntop_host(preply_addr, len), recvline);

29 }

30 }

31 }

32 free(preply_addr);

33 }

34 static void

35 recvfrom_alarm(int signo)

36 {

37 return; /* прерывание recvfrom() */

38 }

11-13 Функция mallocвыделяет в памяти пространство для адреса сервера, возвращаемого функцией recvfrom. Устанавливается параметр сокета SO_BROADCAST, устанавливается обработчик сигнала SIGALRM.