Codificando un stack TCP/IP, 1: Ethernet y ARP (2016)

• Implementación del stack TCP/IP

  • Implementar directamente un stack TCP/IP puede parecer una tarea compleja.
  • La especificación central de TCP se compone del análisis del encabezado TCP, la máquina de estados, el control de congestión y el cálculo del tiempo de espera de retransmisión.
  • En esta serie de blog, se implementará un stack TCP/IP mínimo en espacio de usuario sobre Linux.
  • El propósito de esta publicación y del software es educativo, para aprender con mayor profundidad sobre redes y programación de sistemas.

• Dispositivo TUN/TAP

  • Se usa un dispositivo TAP para interceptar tráfico de red de bajo nivel en el kernel de Linux.
  • Los dispositivos TUN/TAP son fáciles de configurar desde programas en espacio de usuario y se usan en varios programas como OpenVPN.
  • Con un dispositivo TAP se puede leer y escribir datos en búferes Ethernet.

• Formato de trama Ethernet

  • Ethernet es la base de varias tecnologías de red que conectan computadoras en una LAN.
  • El estándar Ethernet ha evolucionado mucho desde que se publicó por primera vez en 1980.
  • El encabezado de una trama Ethernet puede declararse como una estructura en C e incluye los campos DMAC, SMAC, Ethertype y payload.

• Análisis de tramas Ethernet

  • Se usa el atributo packed para evitar que el compilador GNU C optimice la disposición de memoria de la estructura.
  • El escenario completo para analizar y procesar tramas Ethernet es simple.

• Protocolo de resolución de direcciones (ARP)

  • ARP se usa para mapear dinámicamente direcciones Ethernet de 48 bits a direcciones de protocolo.
  • El formato de paquete ARP es relativamente simple e incluye tipo de hardware, tipo de protocolo, tamaño de hardware, tamaño de protocolo, opcode y campos de datos.

• Algoritmo de resolución de direcciones

  • Para almacenar los resultados de ARP se usa una translation table, con el fin de evitar solicitudes ARP duplicadas.
  • La prueba definitiva de la implementación de ARP es verificar si responde correctamente a las solicitudes ARP.

• Conclusión

  • La implementación mínima del procesamiento de tramas Ethernet y ARP es relativamente sencilla y puede hacerse con unas cuantas líneas de código.
  • El código fuente del proyecto puede consultarse en GitHub.
  • En la siguiente publicación se continuará con la implementación de eco y respuesta ICMP (ping), así como con el análisis de paquetes IPv4.