โค้ดดิ้ง TCP/IP stack, 1: Ethernet และ ARP (2016)

• การพัฒนา TCP/IP stack

  • การลงมือพัฒนา TCP/IP stack ด้วยตัวเองอาจดูเป็นงานที่ซับซ้อน
  • ข้อกำหนดหลักของ TCP ประกอบด้วยการแยกวิเคราะห์ส่วนหัว TCP, state machine, การควบคุมความหนาแน่นของเครือข่าย และการคำนวณ retransmission timeout
  • ซีรีส์บล็อกนี้จะพัฒนา TCP/IP stack ขั้นต่ำใน user space บน Linux
  • จุดประสงค์ของโพสต์นี้และซอฟต์แวร์นี้คือเพื่อการศึกษา สำหรับการเรียนรู้ด้าน network และ system programming ให้ลึกยิ่งขึ้น

• อุปกรณ์ TUN/TAP

  • ใช้อุปกรณ์ TAP เพื่อดักจับทราฟฟิกเครือข่ายระดับต่ำจาก Linux kernel
  • อุปกรณ์ TUN/TAP ตั้งค่าได้ง่ายจากโปรแกรมใน user space และถูกใช้ในโปรแกรมหลากหลาย เช่น OpenVPN
  • สามารถใช้อุปกรณ์ TAP เพื่ออ่านและเขียนข้อมูลลงใน Ethernet buffer ได้

• รูปแบบเฟรม Ethernet

  • Ethernet เป็นพื้นฐานของเทคโนโลยีเครือข่ายหลายแบบที่ใช้เชื่อมต่อคอมพิวเตอร์ใน LAN
  • มาตรฐาน Ethernet มีการพัฒนาอย่างมากนับตั้งแต่เผยแพร่ครั้งแรกในปี 1980
  • ส่วนหัวของ Ethernet frame สามารถประกาศเป็น C struct ได้ และประกอบด้วยฟิลด์ DMAC, SMAC, Ethertype และ payload

• การแยกวิเคราะห์ Ethernet frame

  • ใช้แอตทริบิวต์ packed เพื่อไม่ให้คอมไพเลอร์ GNU C ปรับแต่ง memory layout ของ struct
  • ภาพรวมของการแยกวิเคราะห์และประมวลผล Ethernet frame นั้นค่อนข้างเรียบง่าย

• Address Resolution Protocol (ARP)

  • ARP ใช้สำหรับแมปที่อยู่ Ethernet แบบ 48 บิตเข้ากับ protocol address แบบไดนามิก
  • รูปแบบแพ็กเก็ต ARP ค่อนข้างเรียบง่าย และประกอบด้วยฟิลด์ hardware type, protocol type, hardware size, protocol size, opcode และ data

• อัลกอริทึมการระบุที่อยู่

  • ใช้ translation table เพื่อเก็บผลลัพธ์ของ ARP และหลีกเลี่ยงคำขอ ARP ที่ซ้ำซ้อน
  • การทดสอบขั้นสุดท้ายของการพัฒนา ARP คือการตรวจสอบว่าสามารถตอบสนองต่อคำขอ ARP ได้อย่างถูกต้องหรือไม่

• บทสรุป

  • การประมวลผล Ethernet frame และการพัฒนา ARP แบบขั้นต่ำทำได้ค่อนข้างง่าย และใช้โค้ดเพียงไม่กี่บรรทัด
  • สามารถดูซอร์สโค้ดของโปรเจกต์ได้บน GitHub
  • ในโพสต์ถัดไปจะพัฒนาต่อด้วย ICMP echo และ response (ping) รวมถึงการแยกวิเคราะห์แพ็กเก็ต IPv4