ip_address_show_自作実装から学ぶNetlinkソケットプログラミング

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1. ip address show 自作実装から学ぶ Netlinkソケットプログラミング 北海道情報大学大学院 修士２年 秋葉貴文
2. 自己紹介 2 秋葉 貴文 所属 • 北海道情報大学大学院 修士２年 湯村研究室 好きなもの • 電子ペーパー，ネットワーク，プログラミング ひとこと • yumulabステッカー配布しております！
3. はじめに • 本発表で紹介する内容は昨日の夜学んだ内容です． • 間違いなどあっても温かく見守ってください 3
4. ip address show コマンドとは？ 基本情報 • LinuxでネットワークインターフェースのIPアドレスや関連情報を表示 • IPv4 と IPv6 のアドレス，サブネットマスク，インターフェースの状態など • パッケージ：iproute2の一部 • 実行ファイル：/sbin/ip • 内部的にはNetlinkソケットを使ってカーネルから情報を取得 4
5. ip address show コマンドの実行 5 • インターフェース番号と名前：「1: lo:」「2: eth0:」 など • インターフェースの状態： <LOOPBACK,UP,LOWER_UP> や state UP など • IPv4アドレス： inet 192.168.1.100/24 など • IPv6アドレス： inet6 fe80::5054:ff:fe12:3456/64 など • スコープ (scope)： host, global, link などの有効範囲 • アドレスの有効期間： valid_lft および preferred_lft コマンドバリエーション • ip a • 短縮形 • ip addr show dev eth0 • インターフェース指定 • ip -6 addr • IPv6アドレスのみ表示
6. Netlinkソケットとは？ • Linuxカーネルとユーザー空間プロセスが情報をやり取りするためのソケット • ネットワーク設定や状態取得，インターフェース情報の取得などを行う • 今回はインターフェース情報の取得に用いる • 特徴 • アドレスファミリ：AF_NETLINK を使う • 通信の種類や目的をOSに伝える番号 • インターネット通信：AF_INET，AF_INET6 • カーネルとの制御情報のやり取り専用の通信路を作る • 例 • NETLINK_ROUTE : ネットワーク情報取得 • NETLINK_NETFILTER：パケットフィルタ設定 Netlinkソケットとは，カーネル設定や状態を直接やり取りするための特別なパイプ 6
7. ip address show を自作していく GOAL • インターフェースごとのIPv4, v6アドレスを表示できること TODO 1. Netlinkソケットでインターフェース情報をカーネルに要求する 2. カーネルから struct ifaddrmsg を先頭に持つレスポンスを受け取る • struct ifaddrmsg : IPアドレスに関する基本情報 • struct ifinfomsg : インターフェース本体の状態情報 • 今回は使わない 3. ユーザー空間でレスポンスをパースし，整形して表示する 7
8. Netlinkソケットでインターフェース情報を要求する ソケット作成とバインド • AF_NETLINK / NETLINK_ROUTE はルーティング／アドレス管理用チャネル • sa.nl_pid = getpid() • ユーザープロセス側のNetlinkエンドポイント ID • この値で往復の対応をつけられる 8
9. Netlinkソケットでインターフェース情報を要求する リクエストメッセージの組み立て • RTM_GETADDR：アドレス一覧を要求 • NLM_F_DUMP：ダンプ要求 • 該当する全エントリを複数メッセージで返してくる • ifa_family = AF_UNSPEC：IPv4／IPv6 両方が対象 • nlmsg_seq：複数やり取り時に応答を識別するための番号 9
10. struct ifaddrmsg を先頭に持つレスポンスを受け取る ifaddrmsg 先頭のレスポンスを受け取って分解 • マルチパートメッセージを読み切る • NLM_F_DUMP の応答は複数の RTM_NEWADDR に分割され，最後に NLMSG_DONE が来る • そこまで読み続ければ「全部取った」ことになる • NLMSG_ERROR は struct nlmsgerr で errno が入ってくる（負値） 10
11. struct ifaddrmsg を先頭に持つレスポンスを受け取る ifaddrmsg 先頭のレスポンスを受け取って分解 • RTM_NEWADDR の先頭が struct ifaddrmsg • ifa_family : AF_INET / AF_INET6 • ifa_prefixlen : CIDR の長さ • ifa_index : どのインターフェースのアドレスか • ifa_scope : リンクローカル / グローバル など • よく使う属性 • IFA_ADDRESS : アドレス本体（IPv6 はこれが本命） • IFA_LOCAL : IPv4 ではローカルアドレス 11
12. ユーザー空間でレスポンスをパースし，整形して表示 • ip addr show っぽく IFを番号行 + アドレス行を字下げ • prefixlen をそのまま /24 /64 として表示 12
13. デモ！ TODO • インターフェース名と IP アドレスが表示されること • 実行: ./self_ip_a • 追加したインターフェースと IP アドレスが表示されること 1. dummy モジュールをロード: sudo modprobe dummy 2. 仮想 IF を追加（dummy0）: sudo ip link add dummy0 type dummy 3. IP アドレスを割り当て: sudo ip addr add 192.168.100.1/24 dev dummy0 4. 有効化: sudo ip link set dummy0 up 5. 確認: ./self_ip_a 13
14. まとめ ip address show コマンド • ネットワークインターフェースの IPv4/IPv6 アドレス・prefix・状態を表示 • Netlinkソケットでカーネルから情報取得 Netlinkソケット • カーネルとユーザー空間プロセス間の制御情報通信路（AF_NETLINK） • 「カーネル設定や状態をやり取りする専用パイプ」 自作手順 1. 要求送信 2. レスポンス受信 3. 表示 動作確認 • コマンドの実行 • dummy インターフェース作成後の表示確認 14