TCP/IP Illustrated, Volume 2
Chapter 22
Protocol Control Blocks
HUFS ICE 200530032
김영준
ddanggae@hufs.ac.kr
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 Block은 UDP, TCP socket에 필요한 정보
들을 저장





Internet Protocol은 Internet protocol control block과 TCP control
block을 유지
UDP는 connectionless이기 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_ppcb와 t_inpcb 연결
UDP null pointer
Socket pair들로부터 ip addr, port 입력
Internet PCB는 double linked list
Head는 gloval inpcb structure (udb , tcp)
3개의 member, lport는 후에 단명포트로..
Internet PCB는 transport layer data structure
Used by TCP, UDP, raw IP
Not by IP, ICMP, IGMP
hufs MCLAB
Code Introduction

Source

Global Variables

Kernel’s malloc function에 의해서 PCBs 할당

Type of M_BUF , socket structure는 M_SOCKET
hufs MCLAB
inpcb Structure
Double Linked List
Head를 가리키는 pointer
UDP list  udp , TCP list  tcp
Network Byte Order
Transport Layer 마다 port number 저장 X
TCP의 경우 tcpcb에 속해있다
User output의 경우 kernel start,
Socket layer에 대응하는 Internet PCB 연결


Processing a received IP datagram의 경우
Kernel start, PCB에 대응하는 Socket
Structure와 연결
struct route inp_route

Foreign address로 가는 route의 주소를 inp_route entry에 저장
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 struct에 저장
TCP, UDP는 이 structure를 사용하고, prototype IP header 처럼 IP
datagram을 전송할 때 사용한다.
hufs MCLAB

struct mbuf *inp_options




IP_OPTIONS socket option은 출발지 route를 설정할 때 사용
IP_OPTIONS socket option을 사용해서 process는 datagram을
outgoing
ip_pcbopts()에 의해서 mbuf 안에 option의 copy가 저장, pointer는
mbuf를 가리킨다.
struct ip_moptions *inp_moptions

User’s IP multicast option에 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 request은 socket system call에 의해 나타남.

60-70 Allocate PCB and initialize to zero



PCB 안에서 IP, port number가 0로 initialize 되야 하므로..
71-74 Link Structures together

insque(inp, head);  새로운 PCB inp를 double linked list
hufs MCLAB

288-300






socket structure 안의 PCB pointer를 0 으로 set
sofree(so)  struct socket release
If mbuf에 IP options이 있으면  release by m_free()
If route is held by this PCB, release by rtfree()
multicast options are also release by ip_freemoptions()
301-302


Double linked list에서 PCB 제거
Kernel 에 할당된 memory 를 FREE()
hufs MCLAB
Binding, Connecting, and Demultiplexing

Binding of Local IP Address and Port Number

PCB에 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
Socket을 특정한 peer 만 UDP datagram을 교환하도록 제한
hufs MCLAB

Demultiplexing of Received IP Datagrams by TCP

TCP는 in_pcblookup() 을 통해서 Internet PCB의 list에서 matching
되는 port를 찾아서 segment를 receive
Match 0, 1 (local IP or foreign IP), 2 (both local IP and foreign IP)
이때 wildcard match를 한다. Wildcard match 최소값을 match
Incoming segment from {140.252.1.11:1500} to {140.252.1.29:23}

Incoming segment from {140.252.1.11:1501} to {140.252.1.29:23}



Match ??
hufs MCLAB

Demultiplexing of Received IP Datagrams by UDP

1. Broadcast, Multicast IP address로 들어오는 UDP datagram에 대
해서 모두 socket에 matching한다.
2. Unicast IP address로 들어오는 UDP datagram에 대해서는 오직
하나의 socket에 matching한다. 이때 최소값의 wildcard match를
적용

Received datagram from {140.252.13.34:1500} to {140.252.13.63:577}

Received datagram from {140.252.1.11:1500} to {140.252.1.29:577}

hufs MCLAB
in_pcblookup( ) Function

The function in_pcblookup serves four different purposes




1. TCP or UDP가 IP datagram을 받을 때, in_pcblookup()은 Internet
PCBs의 protocol’s list를 scan, PCB에 matching되는 datagram을
receive.  Transport layer demultiplexing of received datagram
2. Process가 bind() system call에 의해서 실행될 때, local IP addr,
local port를 할당, 이때 in_pcbbind는 protocol에 의해 call하고, 요
청된 local addr pair가 이미 할당되는지를 확인
3. Process가 bind() system call에 의해서 실행될 때, 요청한
ephemeral port가 socket에 할당, kernel은 in_pcbbind에 의해 사용
가능한 port 인지 확인, 만약 사용하고 있다면 next ephemeral port
를 할당, 할당될 때 까지
4. Process가 connect() system call에 의해서 실행될 때, in_pcbbind()
는 요청된 socket pair가 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 address를 허용

2. Wildcard match OK는 socket이 다른 local interface에
도착하는 UDP datagram을 accept 하는 것을 의미하고,
Wildcard match를 금하는 경우는 foreign IP address and
port number로 connecting 했을 때를 말함
hufs MCLAB
Compare local port number
Compare local address
Compare foreign address
Compare foreign port number
만약 Wildcard를 사용하지 않으면 loop
Remember best match
return if exact macth found
hufs MCLAB

Example – Demultiplexing of Received TCP Segment




laddr=140.252.1.29 , lport=23 , faddr = 140.252.1.11 , fport=1500
1. First loop
2. Second loop
3. Third loop

Wildcard is 1(foreign IP)
Wildcard is 2(foreign IP,local IP)
Wildcard is 0
matchwild  1
matchwild  1
matchwild  0
Break;
hufs MCLAB
in_pcbbind( ) Function

Bind a local address and port number to a socket.
Explicit bind





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
hufs MCLAB
IP addr에 assign 되었는지 확인
Wildcard 사용 여부를 확인
nam이 NULL 이면 implicit bind
Non NULL 이면 explicit bind
hufs MCLAB
Multicast 라면 REUSE 설정 (port)
!INADDR_ANY인데 interface가 0면
error
Port 존재하면
Global , all zero addr로 주소 결정
= 0 일 때 원하는 addr를 찾은 경우
사용 가능한 port 결정
hufs MCLAB
t
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
0.0.0.0 (wildcard) 인지
broadcast 구분
hufs MCLAB
Route release
Route가 있으면
Route와 addr가 다르면
DONTROUTE set 이면
DONTROUTE가 없고
route 경로가 없으면
ROUTE 경로 설정
loopback이 아니면
Outgoing interface 결정
interface addr
현재 지정된 addr
hufs MCLAB
Broadcast 주소
사용가능한 addr 없다는 error
Multicast 일 경우
Mbuf의 moptions 가져오고, multicast addr
을 addr로 저장
addr 를 route addr로 저장
socket pair가 unique 한지 check
unique 하지 않으면 error
Implicit bind
ephemeral port
hufs MCLAB
in_pcbdisconnect( ) Function

Remove foreign association



Unconnected UDP socket에서 datagram 전송 시


Process  sendto( )  in_pcbconnect( )
 udp_output( ) datagram send  in_pcbdisconnect( )
Connected UDP socket에서 connect가 call 했을 때


Foreign IP address to all 0s (INADDR_ANY)
Foreign port number to 0
PCB를 재사용 하기 위해서
284-285 PCB가 file table을 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 datagram에 영향을 주므로 따로 전달
TCP에 의해서 호출
ICMP error message
struct protosw{ } 안의 pr_ctlinput entry
source buffer Full
hufs MCLAB
notify 
tcp_notify or udp_notify
cmd , dest address family verify
Redirect handle
PRC_HOSTDEAD  old error, not used
Global array를 errno value 로
후에 notify( )의 argument
Call notify function for selected PCBs
hufs MCLAB

in_rtchange Function
ICMP error is redirect 일때, in_pcbnotify()가 call
PCB가 route를 hold 하면 rtfree, 그리고 empty
이 function에서 route update 하지 않고,
다음에 PCB가 사용될 때 new route가 ip_output에
의해 할당

ICMP Errors and UDP Sockets




UDP socket이 connect가 아니면 application은 받지 못한다.
Socket의 foreign IP addr, port로 제한했기 때문
in_pcbnotify() dst argument 안에 foreign IP addr, port 가 있어야
하는데, connect UDP가 아니면 inp_faddr, inp_fport를 저장 X
UDP socket은 ICMP error를 못 받는다.
hufs MCLAB

in_losing Function
4번 이상의 retransmission timer 초과 시
TCP에 의해서 호출
Generate routing message
rt_addrinfo structure는 실패한 route
정보로 체워져 있다.
Delete or release route
RTF_DYNAMIC  redirect
route는 RTM_DELETE의 요청을 하는
rtrequest()에 의해 delete
hufs MCLAB
Summary


Internet PCB는 Internet socket(TCP, UDP, raw IP) 관련
All Internet socket에 공통된 정보를 포함


All PCBs은 protocol에 의해서 doubly linked list로 구성




Local and foreign IP addresses, route structure pointer
udp , tcp …
1. in_pcblookup 는 TCP, UDP에 의해서 call, received datagram에 대해서
demultiplex, 이때 wildcard match
Also in_pcbbind, in_pcbconnect call 해서 local address, process가 unique한지,
또 local,foreign address,process가 unique한지 확인
2. in_pcbbind는 explicitly, implicitly 하게 local address, port를 bind
explicitly는 process가 bind call, implicitly는 TCP, UDP가 bind 없이 connect
하거나 sendto call 할 때
3. in_pcbconnect는 foreign address, port를 set
local address가 set 되지 않았다면 foreign address의 경로에 적합한 local
interface가 local address, local port가 set 되지 않았다면 in_pcbbind가 socket
에 ephemeral port를 선택
hufs MCLAB

Summary of in_pcbbind( ) and in_pcbconnect( )
hufs MCLAB