hufs MCLAB C hapter 22 Protocol Control Blocks HUFS ICE 김 영 준 TCP/IP Illustrated, Volume 2

hufs MCLAB Contents  Introduction  Code Introduction  inpcb{} Structure  in_pcballoc( ) and in_pcbdetach( ) Functions  Binding, Connecting, and Demultiplexing  in_pcblookup( ) Function  in_pcbbind( ) Function  in_pcbconnect( ) Function  in_pcbdisconnect( ) Function  in_setsockaddr( ) and in_setpeeraddr( ) Functions  in_pcbnotify( ), in_rtchange( ), and in_losing( ) Functions  Summary

hufs MCLAB Introduction  Protocol Control Block 은 UDP, TCP socket 에 필요한 정보 들을 저장 Internet Protocol 은 Internet protocol control block 과 TCP control block 을 유지 UDP 는 connectionless 이기 때문에 유지 X (UDP control block X)  Foreign, Local IP address and port,  IP header proto type, IP option, routing table entry,  TCP control block  state information

hufs MCLAB File Type  DTYPE_SOCKET Socket Type  SOCK_DGRAM SOCK_STREAM Protocol layer called inpcb{} 를 만들어서 socket{} 연결 TCP  tcpcb{} 생성 inp_ppcb 와 t_inpcb 연결 UDP  null pointer Socket pair 들로부터 ip addr, port 입력 Internet PCB 는 double linked list Head 는 gloval inpcb structure (udb, tcp) 3 개의 member, lport 는 후에 단명포트로.. Internet PCB 는 transport layer data structure Used by TCP, UDP, raw IP Used by TCP, UDP, raw IP Not by IP, ICMP, IGMP Not by IP, ICMP, IGMP

hufs MCLAB Code Introduction  Source  Global Variables  Kernel’s malloc function 에 의해서 PCBs 할당 Type of M_BUF, socket structure 는 M_SOCKET

hufs MCLAB inpcb Structure   struct route inp_route Foreign address 로 가는 route 의 주소를 inp_route entry 에 저장 Double Linked List Head 를 가리키는 pointer UDP list  udp, TCP list  tcp Network Byte Order Transport Layer 마다 port number 저장 X TCP 의 경우 tcpcb 에 속해있다 User output 의 경우 kernel start, Socket layer 에 대응하는 Internet PCB 연결 Processing a received IP datagram 의 경우 Kernel start, PCB 에 대응하는 Socket Structure 와 연결

hufs MCLAB  inp_flags member  struct ip inp_ip Copy of IP header, but only used by TOS and TTL  TOS is initialized to 0  TTL is initialized by transport layer(default TTL to 64)  IP_TOS or IP_TTL socket option 사용으로 변경하면 새로운 값은 inpcb.inp_ip struct 에 저장  TCP, UDP 는 이 structure 를 사용하고, prototype IP header 처럼 IP datagram 을 전송할 때 사용한다.

hufs MCLAB  struct mbuf *inp_options IP_OPTIONS socket option 은 출발지 route 를 설정할 때 사용 IP_OPTIONS socket option 을 사용해서 process 는 datagram 을 outgoing ip_pcbopts() 에 의해서 mbuf 안에 option 의 copy 가 저장, pointer 는 mbuf 를 가리킨다.  struct ip_moptions *inp_moptions User’s IP multicast option 에 대한 pointer

hufs MCLAB in_pcballoc( ) and in_pcbdetach( ) Functions  Internet PCB is allocated by TCP, UDP, raw IP when a socket is created.  PRU_ATTACH request 은 socket system call 에 의해 나타남.  Allocate PCB and initialize to zero PCB 안에서 IP, port number 가 0 로 initialize 되야 하므로..  Link Structures together insque(inp, head);  새로운 PCB inp 를 double linked list

hufs MCLAB  socket structure 안의 PCB pointer 를 0 으로 set sofree(so)  struct socket release If mbuf 에 IP options 이 있으면  release by m_free() If route is held by this PCB, release by rtfree() multicast options are also release by ip_freemoptions()  Double linked list 에서 PCB 제거 Kernel 에 할당된 memory 를 FREE()

hufs MCLAB Binding, Connecting, and Demultiplexing  Binding of Local IP Address and Port Number PCB 에 local port 가 존재하기 때문에 EADDRINUSE error  만약 포트를 사용한다면.. SO_REUSEADDR SO_REUSEPORT  Connecting a UDP Socket TCP client 뿐만 아니라, UDP client, server 도 가능 Socket 을 특정한 peer 만 UDP datagram 을 교환하도록 제한

hufs MCLAB  Demultiplexing of Received IP Datagrams by TCP TCP 는 in_pcblookup() 을 통해서 Internet PCB 의 list 에서 matching 되는 port 를 찾아서 segment 를 receive Match 0, 1 (local IP or foreign IP), 2 (both local IP and foreign IP) 이때 wildcard match 를 한다. Wildcard match 최소값을 match Incoming segment from { :1500} to { :23} Incoming segment from { :1501} to { :23} Match ??

hufs MCLAB  Demultiplexing of Received IP Datagrams by UDP 1. Broadcast, Multicast IP address 로 들어오는 UDP datagram 에 대 해서 모두 socket 에 matching 한다. 2. Unicast IP address 로 들어오는 UDP datagram 에 대해서는 오직 하나의 socket 에 matching 한다. 이때 최소값의 wildcard match 를 적용 Received datagram from { :1500} to { :577} Received datagram from { :1500} to { :577}

hufs MCLAB in_pcblookup( ) Function  The function in_pcblookup serves four different purposes 1. TCP or UDP 가 IP datagram 을 받을 때, in_pcblookup() 은 Internet PCBs 의 protocol’s list 를 scan, PCB 에 matching 되는 datagram 을 receive.  Transport layer demultiplexing of received datagram 2. Process 가 bind() system call 에 의해서 실행될 때, local IP addr, local port 를 할당, 이때 in_pcbbind 는 protocol 에 의해 call 하고, 요 청된 local addr pair 가 이미 할당되는지를 확인 3. Process 가 bind() system call 에 의해서 실행될 때, 요청한 ephemeral port 가 socket 에 할당, kernel 은 in_pcbbind 에 의해 사용 가능한 port 인지 확인, 만약 사용하고 있다면 next ephemeral port 를 할당, 할당될 때 까지 4. Process 가 connect() system call 에 의해서 실행될 때, in_pcbbind() 는 요청된 socket pair 가 unique 한지 확인 in_pcbbind() call in_pcblookup

hufs MCLAB  Two options confuse the logic of the function 1. SO_REUSEADDR or SO_REUSEPORT socket option 은 중복된 local address 를 허용 2. Wildcard match OK 는 socket 이 다른 local interface 에 도착하는 UDP datagram 을 accept 하는 것을 의미하고, Wildcard match 를 금하는 경우는 foreign IP address and port number 로 connecting 했을 때를 말함

hufs MCLAB Compare local port number Compare local address Compare foreign address Compare foreign port number 만약 Wildcard 를 사용하지 않으면 loop Remember best match return if exact macth found

hufs MCLAB  Example – Demultiplexing of Received TCP Segment laddr= , lport=23, faddr = , fport= First loopWildcard is 1(foreign IP)matchwild  1 2. Second loopWildcard is 2(foreign IP,local IP)matchwild  1 3. Third loopWildcard is 0matchwild  0  Break;

hufs MCLAB in_pcbbind( ) Function  Bind a local address and port number to a socket.  1. From bind for a TCP socket (normally to bind a server’s well-known port)  2. From bind for UDP socket (either to bind server’s well-known port or to bind an ephemeral port to a client’s socket)  3. From connect for a TCP socket, if the socket has not yet been bound to a nonzero port (this is typical for TCP clients)  4. From listen for a TCP socket, if the socket has not yet been bound to a nonzero port (this is rare, since listen is called by a TCP server, which normally binds a well-known port, not an ephemeral port)  5. From in_pcbconnect, if the local IP address and local port number have not been set (typical for a call to connect for a UDP socket or for each call to sendto for an unconnected UDP socket) Implicit bind Explicit bind

hufs MCLAB IP addr 에 assign 되었는지 확인 Wildcard 사용 여부를 확인 nam 이 NULL 이면 implicit bind Non NULL 이면 explicit bind

hufs MCLAB Multicast 라면 REUSE 설정 (port) !INADDR_ANY 인데 interface 가 0 면 error Port 존재하면 Global, all zero addr 로 주소 결정 t = 0 일 때 원하는 addr 를 찾은 경우 사용 가능한 port 결정

hufs MCLAB in_pcbconnect( ) Function  in_pcbconnect specifies the foreign IP address and port number for a socket.  1. From connect for a TCP socket (required for a TCP client)  2. From connect for a UDP socket (optional for a UDP client, rare for a UDP server)  3. From sendto when a datagram is output on an unconnected UDP socket (common)  4. From tcp_input when a connection request (SYN segment) arrives on a TCP socket that is in the LISTEN state (standard for a TCP server)

hufs MCLAB Argument 에 대한 check Global, Primary IP addr (wildcard) 인지 broadcast 구분

hufs MCLAB Route release Route 가 있으면 Route 와 addr 가 다르면 DONTROUTE set 이면 DONTROUTE 가 없고 route 경로가 없으면 ROUTE 경로 설정 Outgoing interface 결정 loopback 이 아니면 interface addr 현재 지정된 addr

hufs MCLAB Multicast 일 경우 Mbuf 의 moptions 가져오고, multicast addr 을 addr 로 저장 addr 를 route addr 로 저장 socket pair 가 unique 한지 check Implicit bind Broadcast 주소 사용가능한 addr 없다는 error unique 하지 않으면 error ephemeral port

hufs MCLAB in_pcbdisconnect( ) Function  Remove foreign association Foreign IP address to all 0s (INADDR_ANY) Foreign port number to 0  Unconnected UDP socket 에서 datagram 전송 시 Process  sendto( )  in_pcbconnect( )  udp_output( ) datagram send  in_pcbdisconnect( )  Connected UDP socket 에서 connect 가 call 했을 때 PCB 를 재사용 하기 위해서  PCB 가 file table 을 더 이상 참조하지 않을 때 (SS_NOFDREF is set) in_pcbdetach( ) release the PCB

hufs MCLAB in_setsockaddr( ) and in_setpeeraddr( ) Functions  getsockname system call Local protocol address of a socket PRU_SOCKADDR request Call in_setsockaddr( )  getpeername system call Foreign protocol address PRU_PEERADDR request Call in_setpeeraddr( )

hufs MCLAB in_pcbnotify( ), in_rtchange( ), and in_losing( ) Functions Processing of ICMP errors Route 경로를 재설정, All IP datagram 에 영향을 주므로 따로 전달 TCP 에 의해서 호출 ICMP error message struct protosw{ } 안의 pr_ctlinput entry source buffer Full

hufs MCLAB cmd, dest address family verify Redirect handle PRC_HOSTDEAD  old error, not used Global array 를 errno value 로 후에 notify( ) 의 argument notify  tcp_notify or udp_notify Call notify function for selected PCBs

hufs MCLAB  in_rtchange Function  ICMP Errors and UDP Sockets UDP socket 이 connect 가 아니면 application 은 받지 못한다. Socket 의 foreign IP addr, port 로 제한했기 때문 in_pcbnotify() dst argument 안에 foreign IP addr, port 가 있어야 하는데, connect UDP 가 아니면 inp_faddr, inp_fport 를 저장 X UDP socket 은 ICMP error 를 못 받는다. ICMP error is redirect 일때, in_pcbnotify() 가 call PCB 가 route 를 hold 하면 rtfree, 그리고 empty 이 function 에서 route update 하지 않고, 다음에 PCB 가 사용될 때 new route 가 ip_output 에 의해 할당

hufs MCLAB  in_losing Function 4 번 이상의 retransmission timer 초과 시 TCP 에 의해서 호출 Generate routing message rt_addrinfo structure 는 실패한 route 정보로 체워져 있다. Delete or release route RTF_DYNAMIC  redirect route 는 RTM_DELETE 의 요청을 하는 rtrequest() 에 의해 delete

hufs MCLAB Summary  Internet PCB 는 Internet socket(TCP, UDP, raw IP) 관련  All Internet socket 에 공통된 정보를 포함 Local and foreign IP addresses, route structure pointer  All PCBs 은 protocol 에 의해서 doubly linked list 로 구성 udp, tcp …  1. in_pcblookup 는 TCP, UDP 에 의해서 call, received datagram 에 대해서 demultiplex, 이때 wildcard match Also in_pcbbind, in_pcbconnect call 해서 local address, process 가 unique 한 지, 또 local,foreign address,process 가 unique 한지 확인  2. in_pcbbind 는 explicitly, implicitly 하게 local address, port 를 bind explicitly 는 process 가 bind call, implicitly 는 TCP, UDP 가 bind 없이 connect 하거나 sendto call 할 때  3. in_pcbconnect 는 foreign address, port 를 set local address 가 set 되지 않았다면 foreign address 의 경로에 적합한 local interface 가 local address, local port 가 set 되지 않았다면 in_pcbbind 가 socket 에 ephemeral port 를 선택

hufs MCLAB  Summary of in_pcbbind( ) and in_pcbconnect( )