Lập trình TCP/IP stack, 1: Ethernet và ARP (2016)

• Triển khai TCP/IP stack

  • Tự triển khai TCP/IP stack có thể trông như một công việc phức tạp.
  • Đặc tả cốt lõi của TCP gồm phân tích header TCP, máy trạng thái, kiểm soát tắc nghẽn và tính toán thời gian chờ truyền lại.
  • Trong loạt bài blog này, tác giả sẽ triển khai một TCP/IP stack tối giản trong không gian người dùng trên Linux.
  • Mục đích của bài viết và phần mềm này là phục vụ giáo dục để học sâu hơn về lập trình mạng và hệ thống.

• Thiết bị TUN/TAP

  • Sử dụng thiết bị TAP để chặn lưu lượng mạng mức thấp trong nhân Linux.
  • Thiết bị TUN/TAP dễ thiết lập từ chương trình không gian người dùng và được dùng trong nhiều chương trình như OpenVPN.
  • Có thể dùng thiết bị TAP để đọc và ghi dữ liệu vào bộ đệm Ethernet.

• Định dạng khung Ethernet

  • Ethernet là nền tảng của nhiều công nghệ mạng dùng để kết nối máy tính trong LAN.
  • Chuẩn Ethernet đã phát triển đáng kể kể từ khi lần đầu được công bố vào năm 1980.
  • Header khung Ethernet có thể được khai báo bằng cấu trúc C, bao gồm các trường DMAC, SMAC, Ethertype và payload.

• Phân tích khung Ethernet

  • Sử dụng thuộc tính packed để trình biên dịch GNU C không tối ưu hóa bố cục bộ nhớ của cấu trúc.
  • Toàn bộ kịch bản phân tích và xử lý khung Ethernet là khá đơn giản.

• Giao thức phân giải địa chỉ (ARP)

  • ARP được dùng để ánh xạ động địa chỉ Ethernet 48-bit sang địa chỉ giao thức.
  • Định dạng gói ARP tương đối đơn giản, bao gồm các trường loại phần cứng, loại giao thức, kích thước phần cứng, kích thước giao thức, opcode và dữ liệu.

• Thuật toán phân giải địa chỉ

  • Để lưu kết quả của ARP, sử dụng translation table nhằm tránh các yêu cầu ARP trùng lặp.
  • Bài kiểm tra cuối cùng của phần triển khai ARP là xác nhận nó phản hồi đúng với yêu cầu ARP.

• Kết luận

  • Việc xử lý khung Ethernet và triển khai ARP tối thiểu là tương đối dễ, có thể thực hiện chỉ với vài dòng mã.
  • Mã nguồn của dự án có thể xem trên GitHub.
  • Trong bài tiếp theo, tác giả sẽ tiếp tục triển khai ICMP echo và phản hồi (ping) cùng với phân tích gói IPv4.