Игры с сетевыми котами: изобретем /usr/bin/yes еще раз
Автор: (C)
Жаовай [zhaoway]
Перевод: (C) Сергей Скороходов
Кошка Нет и и кошка Да [Netcat and Yescat]
Первая (но не главная) задача этой статьи: познакомить вас с прелестной
сетевой "тулзой": /usr/bin/netcat, которую можно без труда найти в
одноименном пакете Debian GNU/Linux (упражнение: выполните apt-get install
netcat -- и готово!). Автор программы, пожелавший остаться неизветстным,
снабдил ее хорошо написанной документацией, на основе которой мои
коллеги-разработчики Debian сделали прекрасно отформатированную страницу
руководства Unix. Читать эту документацию -- одно удовольствие. Благородному
читателю наверняка придет в голову, что да, действительно есть такие существа --
UNIX гуру -- живущие где-то там, в Дальнем Мире. И они, исключительно из
харерских побуждений, сохраняют анонимность после написания столь
превосходного программного обеспечения. Только подлинные гуру Unix'а могут так
поступить!
Раз уж документация по netcat так хороша, я ее здесь повторять не буду.
Однако, я советую всем прочесть ее, прежде чем приступать к этой статье. Для
нетерпеливых же сообщаю: netcat может перенаправлять поток данных из
стандартного ввода в TCP или UDP сокет, а из TCP или UDP сокета -- в стандартный
вывод. Точно так, как команда cat перенаправляет из стандартного
ввода [stdin] в стандартный вывод [stdout]. По непроверенным данным, именно от
этой утилиты произошло название программы netcat.
Вторая, но зато основная задача этой статьи -- показать, сколь скучным и
невежественным можте быть автор статей (вроде меня) при описании программы без
графического интерфейса пользователя или интерактивной справки. Если я типа не
могу "заграбастать" хотя бы пары скриншотов -- то я просто шизею!
А теперь, для целей, которые станут понятными далее, мы представим пикантную
программку /usr/bin/yes. Почти никто не обращает на нее внимание. А
она тихонько лежит там, в уголке /usr/bin уже так давно, что едва
ли кто-либо из нас, недавно пришедших в мир Linux, хотя бы подозревает о ее
присутствии в системе. Происхождение этой программы покрыто тайной. А
популярность у нее -- не меньше, чем у /sbin/init! Что она делает?
Давайте посмотрим:
zw@q ~ % yes
y
y
y
y
y
y
y
Ну, разве не чудо? ;-) (Нажмите ctrl-C для того, чтобы
остановить поток 'y'-ов, иначе они будут вечно маршировать по экрану.) Между
прочем, программа может сказать и нет!
zw@q ~ % yes no
no
no
no
no
no
В последующих разделах мы разработаем две вспомогательные утилиты, с помощью
которых мы сделаем свой вариант /usr/bin/yes, естественно с помощью
/usr/bin/netcat! В путь!
Hub и cable
Источником вдохновения при создании утилит hub (hub.c) и cable (cable.c),
безусловно, явился netcat, пересылающий поток данных от сокета к стандартному
выводу и со стандартного входа -- на сокет. Разве я забыл порекомендовать
прочесть сопровождающую netcat документацию? ;-) Hub задуман, как сервер, а
cable -- как клиент. Вместо того, чтобы перенаправлять данные между stdin,
stdout и сокетами, hub и cable направляют и мультиплексируют данные от
сокета на другие сокеты. Вот откуда взялись их имена. Они работают, как hub и
cable в Ethernet. Взгляните на скриншот. О-о, скриншот! ;-)
zw@q ~ % ./hub
Лаборатория Сетевых Колыбельных: hub (сервер) $Revision: 1.5 $
Copyright (C) 2001 zhaoway <[email protected]>
Использование: hub [размер буфера] [номер порта tcp] [число портов в "хабе"]
o размер буфера указывается в байтах. например 10240.
o номер порта tcp должен быть не меньше 1024 для того, чтобы не требовались права root'а.
o в хабе должно быть не менее двух портов. будьте счасливы.
zw@q ~ %
Hub слушает порты TCP также, как работает Ethernet hub. Данные, поступающие с
одного порта hub'а, будут направлятся на остальные его порты. С помощью netcat
можно протестировать hub не прибегая к cable. Учтите: nc -- это сокращение для
netcat.
- Запустите hub в консоли. Вот так:
ConA % ./hub 10240 10000 2
- Из консоли B подсоединитесь netcat'ом:
ConB % nc localhost
10000
- Из консоли C подключите еще один netcat:
ConC % nc localhost
10240
- Можете печатать текст в ConC, а читать в ConB и наоборот.
А теперь займемся cable:
zw@q ~ % ./cable
Лаборатория Сетевых Леденцов: cable ( клиент) $Revision: 1.14 $
Copyright (C) 2001 zhaoway <[email protected]>
Использовать: cable [размер буфера] [1-й ip] [1-й порт] [2-1 ip] [2-й порт] ...
o размер буфера указывается в байтах. например 10240.
o порты должны прослушиваться, иначе попытка соединения закончится неудачей.
o должно быть указано по меньшей мере два набора ip:port.
zw@q ~ %
Cable работает примерно как разделямый коаксиальный кабель Ethernet. Он
перенаправляет и мультиплексирует данные между слушающими демонами сокетов.
Давайте испытаем и его.
- Запускаем демон netcat в ConA:
ConA % nc -l -p 10000
- Запускаем другой демон netcat в ConB:
ConB % nc -l -p 10001
- Организуем cable:
ConC % ./cable 10240 127.0.0.1 10000 127.0.0.1
10001
- Теперь можно вводить текст в ConA, а читать в ConB и наоборот.
В разработке hub и cable применены любопытные приемы. Особенно советую
обратить внимание на вызов функции select(). А пока сосредоточимся
на повторном измобретении /usr/bin/yes ;-).
Изобретаем колесо заново
Не так-то просто с помощью netcat, hub и cable изобрести
/usr/bin/yes еще раз. Могу намекнуть: поэтому мне и потребовалось
устанавливать размер буфера в аргументе командной строки. Тем не менее,
приступим!
Основная идея такова. Сначала мы настроем трех-портовый hub, потом соединим
два "хаба" с помощью "кабеля", а затем мы сможем использовать netcat для того,
чтобы повторять любой символ в свободные порты "хаба". Как на диаграмме:
| кабель-cable
\|/ ,---------,
| | |
V V V
,--[ ]-------[ ]-------[ ]--.
| A B C |
| трехпортовый хаб-hub |
---------------------------'
Природа hub'а такова, что данные, посылаемые на порт А будут перенаправлены
на порты B и C, а так как порты B и C соеденены кабелем, данные, поступившие из
"хаба" отправятся равнехонько назад и будут мультеплексированы и направлены в
порт А, циркулируя в петле кабеля до бесконечности. В конце концов порт А
получит бесконечное число копий изначально введенных данных.
Соберем устройство.
- В ConA запускаем трехпортовый "хаб":
ConA % ./hub 10240 10000
3
- В ConB замыкаем "кабель":
ConB % ./cable 10240 127.0.0.1 10000
127.0.0.1 10000
Теперь, когда мы завершили сборочные работы, можно с помощью netcat
наконец-то завершить наше повторное изобретение /usr/bin/yes.
ConC % echo "y" | nc localhost 10000
y
y
y
y
y
y
Хитрое упражнение для читателя: что случится, если мы изменим размер буфера
(и для hub, и для cable) с 10240 байт до 1 байта? Можете попробовать сами.
Так что не скучайте и удачи!
Код примеров
Клиент cable
/* -*- C -*-
* Лаборатория Сетевых Колыбельных: cable (клиент)
*
* Copyright (C) 2001 zhaoway <[email protected]>
*
* $Id: cable.c,v 1.15 2001/12/14 01:33:55 zw Exp $
*
* Комприляция: gcc -Wall -g -o cable cable.c
*
* Pri perevode ispol'zovalas' kodirovka KOI8-R
*/
#include <stdio.h>
#include <errno.h>
#include <unistd.h>
#include <signal.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <sys/select.h>
#include <sys/socket.h>
void banner(void)
{
printf("Лаборатория Сетевых Колыбельных: cable (клиент) $Revision: 1.14 $\n"
"Copyright (C) 2001 zhaoway <[email protected]>\n\n");
}
void usage(void)
{
banner();
printf("Использование: cable [размер буфера] [1-й ip] [1-й порт] [2-й ip] [2-й порт] ..\n\n"
"o размер буфера указывается в байтах. например 10240.\n"
"o порты должны прослушиваться, иначе попытка соединения закончится неудачей.\n"
"o должно быть указано по меньшей мере два набора ip:port.\n");
}
/* При неудаче возвращает -1. */
int make_socket(struct sockaddr_in *servaddr)
{
int sockfd;
sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
if (connect(sockfd, (struct sockaddr *) servaddr, sizeof(struct sockaddr_in)) == -1)
{
perror("connect");
return -1;
}
return sockfd;
}
/* Возвращает число открытых портов, в случае неудачи оно < 2. */
int cmdline(int argc, char *argv[], int *sockfd[], int *maxline)
{
struct sockaddr_in *servaddr, tmpaddr;
int ports = 2, i;
/* У нас должно быть по меньшей мере два соединения. */
servaddr = malloc(ports * sizeof(struct sockaddr_in));
if (servaddr == NULL)
{
fprintf(stderr, "не хватило памяти!\n");
return 1;
}
memset(servaddr, 0, sizeof(servaddr));
for (i = 0; i < ports; i++) servaddr[i].sin_family = AF_INET;
if (argc < 6
|| (*maxline = strtol(argv[1], NULL, 10)) == 0
|| (inet_pton(AF_INET, argv[2], &servaddr[0].sin_addr)) <= 0
|| (servaddr[0].sin_port = htons(strtol(argv[3], NULL, 10))) == 0
|| (inet_pton(AF_INET, argv[4], &servaddr[1].sin_addr)) <= 0
|| (servaddr[1].sin_port = htons(strtol(argv[5], NULL, 10))) == 0)
{
usage();
return 0;
}
banner();
for ( ; ; )
{
if ((argc -= 2) < 6) break;
memset(&tmpaddr, 0, sizeof(struct sockaddr_in));
if ((inet_pton(AF_INET, argv[ports * 2 + 2], &tmpaddr.sin_addr)) <= 0)
break;
if ((tmpaddr.sin_port = htons(strtol(argv[ports * 2 + 3], NULL, 10))) == 0)
break;
servaddr = realloc(servaddr, (ports + 1) * sizeof(struct sockaddr_in));
servaddr[ports].sin_addr = tmpaddr.sin_addr;
servaddr[ports].sin_port = tmpaddr.sin_port;
ports++;
}
*sockfd = malloc(ports * sizeof(int));
if (*sockfd == NULL)
{
fprintf(stderr, "не хватило памяти!\n");
return 1;
}
for (i = 0; i < ports; i++)
{
if (((*sockfd)[i] = make_socket(&servaddr[i])) == -1)
{
if (i >= --ports) break;
servaddr[i] = servaddr[ports];
i--; /* retry */
}
}
return ports;
}
int main(int argc, char *argv[])
{
int *sockfd, ports, size, maxline, i, j;
char *buff;
fd_set rset, rset_memo, wset, wset_memo;
struct timeval nowait = { 0, 0 };
if ((ports = cmdline(argc, argv, &sockfd, &maxline)) < 2) return 1;
buff = (char *) malloc(maxline * sizeof(char));
if (buff == NULL)
{
fprintf(stderr, "не хватило памяти!\n");
return 1;
}
FD_ZERO(&rset_memo);
FD_ZERO(&wset_memo);
for (i = 0; i < ports; i++)
{
FD_SET(sockfd[i], &rset_memo);
FD_SET(sockfd[i], &wset_memo);
}
/* Ignore this to receive EPIPE. */
signal(SIGPIPE, SIG_IGN);
/* Main loop. */
for ( ; ; )
{
if (ports < 2)
{
fprintf(stderr,
"кабель поврежден и только %i соединение(я) по прежнему отркрыто(ы)\n", ports);
return 1;
}
/* Готовимся читать. */
rset = rset_memo;
/* С какого-нибудь порта посылаются данные? */
if ((select(FD_SETSIZE, &rset, NULL, NULL, &nowait)) <= 0) continue;
/* Ищем порт, из которого можно читать. */
for (i = 0; i < ports; i++)
{
/* Можно ли что-нибудь прочесть из этого порта? */
if (! FD_ISSET(sockfd[i], &rset)) continue;
/* А если не получится, то... */
else if ((size = recv(sockfd[i], buff, maxline, 0)) == -1)
{
perror("recv err");
return errno;
}
/* А если мы прочли в точности ничего? */
else if (size == 0) continue;
/* Что-то прочли, приготовимся к записи. */
wset = wset_memo;
/* А если писать мы не можем? */
if ((select(FD_SETSIZE, NULL, &wset, NULL, &nowait)) <= 0)
{
fprintf(stderr, "Кабель \"поломатый\", с записью ничего не вышло!\n");
return 2;
}
/* Write. */
for (j = 0; j < ports; j++)
{
/* Не пишите ответов в порт, посылающий данные. */
if (j != i && FD_ISSET(sockfd[j], &wset))
{
/* Проверим возможность записи. */
if ((send(sockfd[j], buff, size, 0)) == -1)
{
if (errno == EPIPE)
{
FD_CLR(sockfd[j], &wset);
FD_CLR(sockfd[j], &rset);
close(sockfd[j]);
sockfd[j] = sockfd[--ports];
}
else
{
perror("send err");
return errno;
}
}
}
}
} /* Цикл, ищущий порт, из которого можно читать. */
} /* Главный цикл. */
}
Сервер hub
/* -*- C -*-
* Лаборатория Сетевых Колыбельных: cable (клиент)
*
* Copyright (C) 2001 zhaoway <[email protected]>
*
* $Id: hub.c,v 1.6 2001/12/14 01:34:41 zw Exp $
*
* Компиляция: gcc -Wall -g -o hub hub.c
*
* Pri perevode ispol'zovalas' kodirovka KOI8-R
*/
#include <stdio.h>
#include <fcntl.h>
#include <errno.h>
#include <signal.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <sys/select.h>
#include <netinet/in.h>
void banner(void)
{
printf("Лаборатория Сетевых Колыбельных: hub (сервер) $Revision: 1.6 $\n"
"Copyright(C) 2001 zhaoway <[email protected]>\n\n");
}
void usage(void)
{
banner();
printf("Использование: hub [размер буфера] [номер порта tcp] [число портов в хабе]\n\n"
"o размер буфера указывается в байтах. например 10240.\n"
"o номер порта tcp должен быть не меньше 1024 для того, чтобы не требовались права root\'а.\n"
"o в хабе должно быть не менее двух портов. будьте счасливы.\n");
}
/* При неудаче возвращает -1. */
int make_socket(short int port)
{
int listenfd, val;
struct sockaddr_in servaddr;
listenfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
memset(&servaddr, 0, sizeof(servaddr));
servaddr.sin_family = AF_INET;
servaddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
servaddr.sin_port = htons(port);
if ((bind(listenfd, (struct sockaddr *) &servaddr, sizeof(servaddr))) == -1)
{
perror("bind err");
return -1;
}
listen(listenfd, 1);
/* Установим сокет неблокирующим. */
val = fcntl(listenfd, F_GETFL);
fcntl(listenfd, F_SETFL, val | O_NONBLOCK);
return listenfd;
}
int main(int argc, char *argv[])
{
int listenfd, *connfd, maxline, size, port, ports, i, j;
fd_set rset, rset_memo, wset, wset_memo;
char *buff;
struct timeval nowait = { 0, 0 };
if (argc != 4
|| (maxline = strtol(argv[1], NULL, 10)) == 0
|| (port = strtol(argv[2], NULL, 10)) == 0
|| (ports = strtol(argv[3], NULL, 10)) < 2)
{
usage();
return(0);
}
banner();
buff = (char *) malloc(maxline * sizeof(char));
if (buff == NULL)
{
fprintf(stderr, "не хватило памяти!\n");
return 1;
}
if ((listenfd = make_socket(port)) == -1)
{
usage();
return -1;
}
printf("Hub слушает на порте TCP %i\n", port);
connfd = malloc(ports * sizeof(int));
if (connfd == NULL)
{
fprintf(stderr, "не хватило памяти!\n");
return 1;
}
for (i = 0; i < ports; i++)
{
connfd[i] = -1;
}
FD_ZERO(&rset_memo);
FD_ZERO(&wset_memo);
/* Игнорируем получение EPIPE. */
signal(SIGPIPE, SIG_IGN);
/* Главный цикл. */
for ( ; ; )
{
for (i = 0; i < ports; i++)
{
if (connfd[i] == -1)
{
connfd[i] = accept(listenfd, NULL, NULL);
if (connfd[i] != -1)
{
FD_SET(connfd[i], &rset_memo);
FD_SET(connfd[i], &wset_memo);
}
}
}
/* Подготовка к чтению. */
rset = rset_memo;
/* Нечего читать? */
if ((select(FD_SETSIZE, &rset, NULL, NULL, &nowait)) <= 0) continue;
/* Ищем порт, из которого можно что-нибудь прочесть. */
for (i = 0; i < ports; i++)
{
/* Порт подсоединен и из него можно читать? */
if (connfd[i] == -1 || ! FD_ISSET(connfd[i], &rset)) continue;
/* Проблемы с чтением? */
if ((size = recv(connfd[i], buff, maxline, 0)) == -1)
{
perror("recv err");
return errno;
}
/* На самом деле ничего не прочитано? */
if (size == 0) continue;
/* Готовимся писать. */
wset = wset_memo;
/* Нет порта, открытого на запись? */
if ((select(FD_SETSIZE, NULL, &wset, NULL, &nowait)) <= 0) continue;
/* В цикле ищем любой пригодный для записи порт. */
for (j = 0; j < ports; j++)
{
/* Не пишите в порт, если из него читается. */
if (j == i || connfd[j] == -1 || ! FD_ISSET(connfd[j], &wset))
continue;
if ((send(connfd[j], buff, size, 0)) == -1)
{
if (errno == EPIPE)
{
FD_CLR(connfd[j], &wset);
FD_CLR(connfd[j], &rset);
close(connfd[j]);
connfd[j] = -1;
}
else
{
perror("send err");
return errno;
}
}
}
}
} /* Главный цикл. */
}
Но хватит болтать, я обещал сделать "работу над ошибками". В статье про "сетевых котов" я допустил ошибку, в исходном коде было:Launch hub in the console A: ConA % ./hub 10240 10000 2
From console B, connect a netcat: ConB % nc localhost 10000
From console C, connect another netcat: ConC % nc localhost 10000
Then you could type in ConC and read the output in ConB, vice versa.
А у меня:Запустите hub в консоли. Вот так: ConA % ./hub 10240 10000 2
Из консоли B подсоединитесь netcat'ом: ConB % nc localhost 10000
Из консоли C подключите еще один netcat: ConC % nc localhost 10240
Можете печатать текст в ConC, а читать в ConB и наоборот.
На что и обратил внимание Павел Цибулин (надеюсь, не переврал фамилию, в письме она была в транслите):Обратите внимание на аргументы у вызовов nc
Хотя лично я бы попробовал из ConB цепляться к порту 10001
Исправляюсь. Кроме того, Павел написал:Хотя по поводу статьи, как оригинала, как так и перевода есть некоторые мысли(шки):
1) Может быть Вы помните, но в дни моего далекого детства :-) был такой
журнальчик "Юный техник", в котором статьи из цикла "делай с нами, делай..."
просто изобиловали ошибками. Но эти ошибки не были по сути фатальными, как и в
Вашем переводе.
Но, если у человека было некоторое терпение и он доходил до сути сам,
докапываясь "почему не работает, как написано", то его познания в этой области
были все-таки значительно больше, чем у того, кто просто бездумно втыкнул, как
есть - и вдруг оно все само собой заработало, как в MS XP :-)).
Я не призываю делать насильственные ошибки, но может таки оно так и
лучше, с учетом "отечественного менталитета"?
2) Лично я бы слегка переделал программу hub. Опять-же, это мое личное
мнение:
а) Вместо того, чтобы принимать n соединений по одному порту, я бы
принимал по одному соединению на n последовательных портах, что IMHO
более соответствует реальному хабу и более наглядно для применения cable,
в какие дырки хаба он втыкается.
Т.е. ./hub 10240 10000 3 слушал бы на трех портах, причем гнездо A
соответствовало бы порту 10000, B - 10001, C - 10002
Иначе втыкать два конца кабеля в один порт 10000 - как-то странно...
б) Приделал бы примитивную ASCII-мордочку, отображающую состояние хаба,
какие в нем "дырочки" есть, в какие кабель воткнут и по каким идет реальная
передача данных.
Мне это кажется разумным (не про желательность ошибок, конечно:). Хотя я и не ожидал, что кто-то непременно попробует внимательно прочесть заметку, собрать программу и даже предложить ее улучшение:)
И еще, другой читатель пожаловался, что у него примеры не собирались:( Я даже попросил прислать неработающий код мне -- все напрасно:( У меня собирается, у него -- нет. Ну, правда мы не слишком рогом уприрались. Так что не все так просто, как может показаться:)
Сергей Скороходов
Жаовай [Zhaoway]
Жаовай живет в Наньдзине, в Китае. Свое время он делит между прелестной
подружкой, стареьнким "пнем" и чистой математикой. (Он занимается
"высшематематическим самообразованием", так что если у вас завалялось несколько
лишних, но драгоценных марок и/или книг по высшей математике, то не стесняйтесь
послать ему копию). Еще он на добровольной основе участвует в проекте Debian GNU/Linux.
Copyright (C) 2002, zhaoway.
Copying license http://www.linuxgazette.com/copying.html
Published
in Issue 74 of Linux Gazette, January 2002
Команда переводчиков:
Владимир Меренков, Александр Михайлов, Иван
Песин, Сергей Скороходов, Александр Саввин, Роман Шумихин
Со всеми предложениями, идеями и комментариями обращайтесь
к Сергею
Скороходову ([email protected])
Сайт рассылки: http://gazette.linux.ru.net
Эту статью
можно посмотреть по адресу: http://gazette.linux.ru.net/lg74/articles/rus-zhaoway.html
