Уильям Стивенс - UNIX: разработка сетевых приложений
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.)
ПРИМЕЧАНИЕВ 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.
ПРИМЕЧАНИЕДля 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.
20.4. Функция dg_cli при использовании широковещательной передачи
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 main с прежней функцией dg_cli из 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).
ПРИМЕЧАНИЕБеркли-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]. Эта версия устанавливает параметр сокета SO_BROADCAST и 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 < 0) {
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 }
Выделение памяти для адреса сервера, установка параметра сокета11-13 Функция malloc выделяет в памяти пространство для адреса сервера, возвращаемого функцией recvfrom. Устанавливается параметр сокета SO_BROADCAST, устанавливается обработчик сигнала SIGALRM.
Чтение строки, отправка сокету, чтение всех ответов14-24 Следующие два вызова, fgets и sendto, выполняются так же, как и в предыдущих версиях этой функции. Но поскольку мы посылаем широковещательную дейтаграмму, мы можем получить множество ответов. Мы вызываем в цикле функцию recvfrom и выводим все ответы, полученные в течение 5 с. По истечении 5 с генерируется сигнал SIGALRM, вызывается наш обработчик сигнала и функция recvfrom возвращает ошибку EINTR.
Вывод каждого полученного ответа25-29 Для каждого полученного ответа мы вызываем функцию sock_ntop_host, которая в случае IPv4 возвращает строку, содержащую IP-адрес сервера в точечно-десятичной записи. Эта строка выводится вместе с ответом сервера.
Если мы запустим программу, задав широковещательный адрес подсети 192. 168.42.255, мы увидим следующее:
bsdi % udpcli01 192.168.42.255 hi
from 192 168.42 2: Sat Aug 2 16.42.45 2003
from 192.168.42.1: Sat Aug 2 14.42.45 2003
from 192.168.42.3: Sat Aug 2 14.42.45 2003
hello
from 192.168.42.3: Sat Aug 2 14.42.57 2003
from 192.168.42.2: Sat Aug 2 16.42.57 2003
from 192.168.42.1: Sat Aug 2 14.42.57 2003
Каждый раз мы набираем строку ввода, чтобы сгенерировать выходную дейтаграмму UDP, и каждый раз получаем три ответа, причем отвечает и отправляющий узел. Как мы отмечали ранее, получателями широковещательной дейтаграммы являются все узлы в сети, включая отправляющий. Каждый ответ является направленным, поскольку адрес отправителя запроса, используемый каждым сервером в качестве адреса получателя ответа, — это адрес направленной передачи.
Все системы сообщают одно и то же время, поскольку на них используется NTP (Network Time Protocol — протокол синхронизации времени).
Фрагментация IP-пакетов и широковещательная передача
В Беркли-ядрах фрагментация широковещательных дейтаграмм запрещена. Если размер IP-дейтаграммы, посылаемой на широковещательный адрес, превышает размер MTU исходящего интерфейса, возвращается ошибка EMSGSIZE [128, с. 233–234]. Эта стратегия впервые появилась в 4.2BSD. На самом деле нет никаких технических препятствий для фрагментирования широковещательных дейтаграмм, но широковещательная передача сама по себе связана со значительной нагрузкой на сеть, поэтому не стоит дополнительно увеличивать эту нагрузку, используя фрагментацию.
Можно наблюдать этот сценарий с нашей программой из листинга 20.1. Мы перенаправляем стандартный поток ввода для чтения из файла, содержащего 2000-байтовую строку, которая потребует фрагментации в Ethernet:
