Краткий обзор драйверов спецификации NDIS. Хорошо, но мне этого мало
Типы NDIS драйверов
Спецификация NDIS определяет три типа сетевых драйверов:
- драйверы протоколов верхнего уровня (upper level protocol drivers);
- драйверы протоколов промежуточного уровня (intermediate protocol drivers);
- драйверы сетевых карт (NIC drivers), сюда входят драйверы сетевых карт локальных сетей (NDIS LAN Miniport NIC drivers) и драйверы сетевых карт глобальных сетей (NDIS WAN Miniport NIC drivers).
Драйверы протоколов верхнего уровня
Драйвер протокола верхнего уровня в своей верхней части предоставляет
TDI-интерфейс или, возможно, другой интерфейс, необходимый пользователям
сети. Подобные драйверы выделяют ресурсы для пакетов, копируют данные
приложения в пакеты и передают их драйверам более низкого уровня посредством
вызова NDIS. В своей нижней части этот тип драйверов обеспечивает интерфейс
для получения пакетов от нижележащего драйвера и передает полученные данные
TDI-клиенту или приложению, для которого они предназначены.
К драйверам протоколов верхнего уровня относится и драйвер транспорта,
реализующий стек сетевых протоколов, такой как IPX/SPX или TCP/IP. Транспортный
драйвер Windows NT реализует TDI-интерфейс в своей верхней части и использует
NDIS библиотеку для взаимодействия с драйверами сетевых карт в своей нижней
части.
Драйверы протоколов промежуточного уровня
NDIS драйверы протоколов промежуточного уровня взаимодействуют сверху
с драйверами протоколов верхнего уровня (такими как драйверы транспортов),
а снизу с NDIS драйверами сетевых карт локальных и глобальных сетей. Ниже
NDIS драйвера промежуточного уровня может быть драйвер, не поддерживающий
интерфейс NDIS. NDIS драйверы промежуточного уровня могут служить различным
целям, включая фильтрацию и шифрование пакетов, реализацию специализированных
протоколов и тому подобные функции.
Для драйвера протокола верхнего уровня промежуточный драйвер выглядит
как драйвер виртуальной сетевой карты. Для драйвера реальной сетевой карты
- как драйвер протокола. Промежуточные драйверы могут выстраиваться в
цепочку, хотя такое расположение может оказывать негативное влияние на
производительность системы. Типичный случай разработки и применения промежуточного
драйвера - чтобы выполнять преобразование пакетов для среды передачи,
неизвестной драйверу транспорта, но поддерживаемой драйвером сетевой карты.
Например, может осуществляться преобразование между протоколом локальной
сети и ATM протоколом.
NDIS драйвер промежуточного уровня обычно экспортирует MiniportXxx функции
на своем верхнем уровне и ProtocolXxx функции на своем нижнем уровне.
Реже промежуточный драйвер может экспортировать MiniportXxx функции на
своем верхнем уровне, а в своей нижней части предоставлять закрытый интерфейс
посредством использования пакетов IRP, нижнему драйверу, не являющемуся
NDIS драйвером. Например, промежуточный драйвер может управлять сетевыми
запросами ввода/вывода для устройства, соединенного с последовательным
портом.
Промежуточные драйверы ndistapi.sys и ndiswan.sys
Часть интерфейса TAPI располагается в режиме ядра и реализуется драйвером
ndistapi.sys, который взаимодействует с драйвером ndiswan.sys. Драйвер
ndiswan.sys -NDIS драйвер промежуточного уровня, обеспечивающий РРР форматирование,
аутентификацию, сжатие и шифрование для драйверов сетевых карт глобальных
сетей. Он преобразует пакет формата NDIS_PACKET, получаемый от драйвера
транспорта, в пакет формата NDIS_WAN_PACKET, и передает этот переформатированный
пакет нижележащим драйверам сетевых карт глобальных сетей.
Ndiswan.sys предоставляет интерфейс стандарта 802.3 верхним драйверам
протоколов и выступает в роли драйвера протокола для нижележащих драйверов
сетевых карт глобальных сетей. Ndiswan.sys имеет закрытый интерфейс с
драйвером ndistapi.sys для динамической установки и обрыва TAPI связей.
Ndiswan.sys преобразует формат отправляемого пакета из LAN в РРР. Большая
часть разбивки фреймов, специфичной для среды передачи, должна выполняться
в драйвере сетевой карты глобальной сети.
Драйверы сетевых карт
NDIS LAN Miniport NIC драйверы поддерживают сетевые карты локальных
сетей. NDIS WAN Miniport NIC драйверы имеют дополнительные требования
и предоставляют приложениям доступ к глобальным сетям, таким как, ISDN,
Frame Relay, Switched 56.
Драйверы сетевых карт в своей нижней части взаимодействуют с оборудованием,
а в верхней части предоставляют интерфейс, позволяющий верхним уровням
посылать пакеты в сеть, сбрасывать и останавливать сетевую карту, а также
осуществлять опрос и установку параметров драйвера сетевой карты.
Существует два типа NDIS драйверов сетевых карт:
- Miniport NIC драйвер выполняет специфичные для конкретной сетевой карты операции, включая отправление и получение данных. Операции общие для всех драйверов сетевых карт, такие как синхронизация, обычно обеспечиваются NDIS. Miniport драйвер не вызывает напрямую обслуживание операционной системы, он взаимодействует с операционной системой через NDIS.
- Full NIC legasy драйверы в настоящее время устарели и используются для совместимости, они выполняют одновременно специфичные для сетевой карты операции, а также всю работу по синхронизации, обслуживанию очередей, обычно выполняемые NDIS. Full NIC драйвер, например, поддерживает свою собственную информацию о привязках к вышележащим драйверам для индикации полученных данных. Miniport драйвер, напротив, не хранит информацию о привязках, он просто передает пакеты наверх интерфейсу NDIS, а тот уже гарантирует, что пакеты будут переданы соответствующим драйверам протоколов.
Поставщики ISDN, Switched 56, Х.25 и т.п. должны поставлять драйверы
сетевых карт для своих адаптеров. Драйверы сетевых карт глобальных сетей
взаимодействуют с драйвером ndiswan.sys посредством использования библиотеки
NDIS. Драйвер ndiswan.sys обеспечивает наиболее общие сервисы, такие как
сжатие данных, зашифрование, простое РРР форматирование. Драйверы сетевых
карт глобальных сетей должны реализовывать только специфические черты
конкретной среды передачи. Если драйвер сетевой карты глобальной сети
управляет сетевой картой, которая сама реализует сжатие, РРР-форматирование
и шифрование, то он может указать на это во время своей инициализации
драйверу ndiswan.sys, чтобы тот не выполнял эти операции.
Ndiswan.sys привязывается к одному или нескольким драйверам сетевых карт
глобальных сетей, и один или несколько драйверов протоколов привязываются
к ndiswan.sys. Драйверы протоколов имеют по одной привязке к драйверу
ndiswan.sys, даже если они передают данные через адаптеры разных глобальных
сетей. Это экономит память и упрощает реализацию драйвера сетевой карты
глобальной сети. А также упрощает драйверы протоколов, так как они должны
реализовывать только одну связь с глобальной сетью. С точки зрения драйвера
сетевой карты глобальной сети у каждого адаптера имеется только одна привязка
к вышележащим драйверам протоколов, даже если несколько драйверов протоколов
передают данные через этот адаптер.
В Windows NT есть встроенный асинхронный WAN miniport NIC драйвер, использующий
драйвер последовательного порта для связи по модему.
Краткий обзор драйверов спецификации NDIS
- Программирование
Сетевые драйверы
Сетевые драйверы можно разделить на 2 категории: TDI-драйверы (Transport Driver Interface) и NDIS-драйверы (Network Driver Interface Specification). TDI-драйверы - это высокоуровневые драйверы, например, SMB-клиент, SMB-сервер, обертки SMB (NFFS, MSFS) и т.п. Мы с Вами рассмотрим NDIS-драйвера. NDIS - это специальный драйвер (ему соответствует файл ndis.sys), который содержит функции, используемые низкоуровневыми сетевыми драйверами. NDIS как бы обволакивает низкоуровневые сетевые драйверы и является посредником в их общении между собой и с железом. По сути NDIS можно считать третьим ядром Windows. Чтобы более четко уяснить себе что из себя представляет NDIS можно посмтореть на следующую картинку:
Как видно из этой иллюстрации NDIS-драйверы бывают трёх типов:
- Минипорт-драйверы (драйверы адаптера)
- Промежуточные драйверы (например, psched.sys)
- Драйверы протокола (например, tcpip.sys)
Минипорт-драйверы
У каждой сетевой железки есть свой минипорт-драйвер. Через NDIS минипорт-драйвер получает некотрые команды. Функции минипорт-драйвера можно описать следующим образом:- производит инициализацию своего устройства (адаптера)
- создание /включение/выключение/удаление сетевых подключений
- выдача клиенту или изменение параметров адаптера
- отправка пакетов
- получение пакетов
- оповещение ОС о состоянии адаптера
Минипорт-драйверы бывают «Connectionless» (например, драйвер Ethernet-адаптера) и «Сonnection-oriented» (например, драйвер модема). У Сonnection-oriented драйверов система коллбэков чуть сложнее, в нее входят обработчики событий, связанных с подключением к каналу связи, отключением от канала, выбором канала (для беспроводных адаптеров) и т.п. Для некоторых операций Сonnection-oriented драйверы вызывают специальные функции NDIS, отличающиеся префиксом «Со» в имени (например, вместо NdisMIndicateReceivePacket Сonnection-oriented драйвер должен вызывать NdisMColndicateReceivePacket).
Каждый коллбэк выполняет свою задачу: выдача информации, отправка данных, прием данных и т.п. Подробнее можно посмотреть в хелпе к WDK (DDK). Там можно получить полную информацию о коллбэках.
Драйверы протоколов могут передоверять минипорт-драйверу (при условии, что минипорт-драйвер это умеет - либо сам, либо адаптер умеет это делать на аппаратном уровне) некоторые свои функции (например, разграничить контрольную сумму или цифровую подпись IP-пакета или принять решение, как фрагментировать большой ТСP-пакет). Это значительно повышает производитель сети.
Есть еще разные дополнительные продвинутые интерфейсы, которые минипорт-драйвер может поддерживать, например:
- LBFO (Load Balancing and Fail Over) - позволяет понимающим его адаптерам распределять между собой исходящий трафик и исправлять ошибки друг друга. Впрочем, что имеет смысл только на backbone routers (центральных маршрутизаторах больших сетей), на которые редко ставят Windows
- FFP (Fast Forwarding Path) - позволяет понимающим его адаптерам маршрутизировать/фильтровать пакеты чисто аппаратно, вообще без участия ОС и не нагружая основные процессоры компьютера
Промежуточные драйверы
Промежуточный драйвер сверху виден как минипорт-драйвер (смотрим на картинку), т.е. как бы виртуальный адаптер, а снизу - как драйвер протокола (снова смотрим на картинку), как бы виртуальный протокол. Как частный случай, возможна ситуация, когда промежуточный драйвер виден только сверху.Промежуточные драйверы обычно делают одно из:
- организуют «справедливый» доступ разных клиентских программ к адаптерам дабы программы не мешали друг другу
- фильтруют и перехватывают трафик
- маршрутизируют пакеты из одной сети в другую, если эти сети различаются (например, Ethernet и WI-FI)
Драйверы протоколов
Драйверы протокола - это самый верхний уровень спецификации NDIS. Эти драйверы занимаются тем, что выделяют ресурсы для соответствующих пакетов, копируют данные приложений в пакеты и передают их драйверам нижнего уровня. Также драйверы протоколов обеспечивают интерфейс для получения пакетов от нижележащих драйверов.К драйверам протоколов относятся и драйверы транспорта, реализующие стек сетевых протоколов, такой как например TCP/IP (tspip.sys).
Если пост будет интересен читателям, то в следующих постах можно конкретно на примере написать свой сниферо-подобный промежуточный драйвер или также описать как написать каждый из типов драйверов (минипорта, промежуточный или протокола).
Спасибо за внимание.
Когда драйверу протокола требуется получить или отправить сообщение в формате своего протокола, он должен сделать это с помощью сетевого адаптера. Поскольку ожидать от драйверов протоколов понимания нюансов работы каждого сетевого адаптера нереально (на рынке предлагается несколько тысяч моделей сетевых адаптеров с закрытой спецификацией), производители сетевых адаптеров предоставляют драйверы устройств, которые принимают сетевые сообщения и передают их через свои устройства. B 1989 году компании Microsoft и 3Com совместно разработали спецификацию Network Driver Interface Specification (NDIS), которая определяет аппаратно-независимое взаимодействие драйверов протоколов с драйверами сетевых адаптеров. Драйверы сетевых адаптеров, соответствующие NDIS, называются драйверами NDIS или минипорт-драйверами NDIS. C Windows 2000 поставляется NDIS версии 5, а с Windows XP и Windows Server 2003 - версии 5.1.
Библиотека NDIS (\Windows\System32\Drivers\Ndis.sys) реализует пограничный уровень между транспортами TDI (в типичном случае) и драйверами NDIS. Как и Tdi.sys, библиотека NDIS является вспомогательной и используется клиентами драйверов NDIS для форматирования команд, посылаемых этим драйверам. Драйверы NDIS взаимодействуют с библиотекой, чтобы получать запросы и отвечать на них. Взаимосвязи между компонентами, имеющими отношение к NDIS, показаны на рис. 13–18.
Одна из целей Microsoft при разработке сетевой архитектуры состояла в том, чтобы производителям сетевых адаптеров было легче разрабатывать драйверы NDIS и переносить их код между потребительскими версиями Windows и Windows 2000. Таким образом, библиотека NDIS предоставляет драйверам не просто вспомогательные пограничные процедуры NDIS, а целую среду выполнения драйверов NDIS. Последние не являются истинными драйверами Windows, поскольку не могут функционировать без инкапсулирующей их библиотеки NDIS. Этот инкапсулирующий уровень является настолько плотной оболочкой драйверов NDIS, что они не принимают и не обрабатывают IRR Вместо этого драйверы протоколов TDI вызывают функцию NdisAllocatePacket в библиотеке NDIS и передают пакеты минипорту NDIS, вызывая соответствующую NDIS-функцию, например NdisSend. По умолчанию драйверам NDIS также не приходится заботиться о реентерабельности, когда библиотека NDIS вызывает драйвер с новым запросом до того, как он успел обработать предыдущий запрос. Освобождение от поддержки реентерабельности кода означает, что создатели драйверов NDIS могут не думать о сложных проблемах синхронизации, которые еще больше усложняются в многопроцессорных системах.
ПРИМЕЧАНИЕ Библиотека NDIS использует для представления запросов ввода-вывода NDIS-пакеты, а не IRR Транспорты TDI создают NDIS-пакет вызовом NdisAllocatePacket, после чего пакет передается минипорту NDIS вызовом одной из функций библиотеки NDIS (например, NdisSend).
Хотя сериализация обращений к драйверам NDIS, осуществляемая библиотекой NDIS, упрощает разработку, она может помешать масштабированию многопроцессорных систем. Некоторые операции стандартных драйверов NDIS 4 (версия библиотеки NDIS 4 из Windows NT 4) плохо масштабируются в многопроцессорных системах. B NDIS 5 разработчики получили возможность отказаться от такой сериализации. Драйвер NDIS 5 может сообщить библиотеке NDIS, что сериализация ему не нужна, и тогда библиотека NDIS переправляет драйверу запросы по мере получения соответствующих IRP B этом случае ответственность за управление параллельными запросами ложится на драйвер NDIS, но отказ от сериализации окупается повышением производительности в многопроцессорных системах.
NDIS 5 также обеспечивает следующие преимущества.
Драйверы NDIS могут сообщать, активна ли несущая сетевая среда, что позволяет Windows выводить на панель задач значок, показывающий, подключен ли компьютер к сети. Эта функция также позволяет протоколам и другим приложениям быть в курсе этого состояния и соответствующим образом реагировать. Например, транспорт TCP/IP будет использовать эту информацию, чтобы определять, когда нужно заново оценивать информацию об адресах, получаемую им от DHCP
Аппаратное ускорение TCP/IP-операций (TCP/IP task offload) позволяет минипорту пользоваться аппаратными функциями сетевого адаптера для выполнения таких операций, как расчет контрольных сумм пакетов и все вычисления, связанные с IP-безопасностью (IPSec). Аппаратное ускорение этих операций средствами сетевого адаптера повышает производительность системы, освобождая центральный процессор от выполнения этих задач.
Функция Wake-On-LAN дает возможность сетевому адаптеру с соответствующей поддержкой выводить систему Windows из состояния с низким энергопотреблением при каких-либо событиях в сети. Сигнал пробуждения может быть инициирован сетевым адаптером при одном из следующих событий: подключении к несущей среде (например, подключении сетевого кабеля к адаптеру) и приеме специфичных для протокола последовательностей байтов (в случае адаптеров Ethernet - при получении волшебного пакета, т. е. сетевого пакета с 16 копиями Ethernet-адреса адаптера подряд).
NDIS, ориентированная на логические соединения, позволяет драйверам NDIS управлять несущей средой, требующей логических соединений, например устройствами ATM (Asynchronous Transfer Mode). Интерфейсы, предоставляемые библиотекой NDIS драйверам NDIS для взаимодействия с сетевыми адаптерами, доступны через функции, вызовы которых транслируются непосредственно в вызовы соответствующих HAL функций.
ЭКСПЕРИМЕНТ: перечисление загруженных минипортов NDIS
Библиотека расширения отладчика ядра Ndiskd поддерживает команды !miniports и /miniport, которые позволяют с помощью отладчика ядра перечислять загруженные минипорт-драйверы (минипорты) и получать детальную информацию о каком-либо минипорте по заданному адресу блока минипорта (структуры данных, применяемой Windows для отслеживания минипортов). Ниже приведен пример использования команд !miniports и /miniport для вывода списка всех минипорт-драйверов, а также для исследования специфики минипорта, отвечающего за взаимодействие системы с PCI-адаптером Ethernet (заметьте, что WAN-минипорты работают с соединениями удаленного доступа).
Поле Flags исследуемого минипорта показывает, что он поддерживает несериализованные операции (DESERIALIZED), что несущая среда в данный момент активна (MEDIACONNECTED) и что он является минипортом NDIS 5 (NDIS_5_0). Кроме того, выводится информация, отражающая сопоставления состояний электропитания устройства и системы, а также список ресурсов шины, назначенных адаптеру диспетчером Plug and Play (Подробнее о соответствии состояний электропитания устройств и системы см. раздел «Диспетчер электропитания» главы 9.)
6 февраля 2011 в 11:28NDIS. Введение
- Разработка под Windows
Собственно, как и обещал, начинаю цикл статей о подсистеме NDIS и о том, что с ней связано. Решил связать его с процессом собственного обучения на своей первой работе. Если цикла не получится, значит меня загрузили по самые уши, или вообще уволился.
Вступление
Для чего, вообще этот NDIS? Зачем его придумали, если и всё и так хорошо?
NDIS - это одна из подсистем ядра Windows, которая имеет прямое отношение к спектру начиная от драйверов сетевых карт и заканчивая интерфейсами для протоколов сетевого уровня. NDIS состоит из т.н. стека драйверов (хотя, как по мне, так это никакой не стек, а очередь), но для общего понимания лучше представлять себе это так:
Хорошо, но мне этого мало!
Если копнуть поглубже, то NDIS состоит из обязательной части - самого себя (файл NDIS.SYS), и теоретически неограниченного количества пользовательских драйверов, которые этот самый NDIS.SYS оборачивает. При этом драйвер, обязан выполнить некоторые действия, чтобы подсистема NDIS вообще посчитала его местным, и смогла интегрировать в свой «стек», который очередь. Минимальные условия это:
- Драйвер должен себя зарегистрировать. Это означает то, что драйвер при загрузке указывает ядру, чтО он есть на самом деле и какого он типа;
- Драйвер должен предоставлять минимальный набор интерфейсных функций, которые он предоставляет NDIS"у. Собственно, за эти функции NDIS и будет тягать этот самый драйвер;
- Так же драйвер дожен, в зависимости от своего типа, реализовать функции управления собой, которые так же тягаются во время выполнения. Отличие от предыдущего пункта в том, что эти функции для каждого типа драйвера уникальные.
Все эти драйверы делятся на несколько типов, а именно:
- Драйверы минипорта;
- Драйверы протокола;
- Промежуточные драйверы;
- Драйверы-фильтры.
Зачастую на практике пишутся драйверы-фильтры и промежуточные драйверы, т.к. в остальных потребность есть у небольшого круга компаний выпускающих собственные сетевые решения. Во времена XP разработчики часто использовали промежуточные драйверы (потому, что фильтров не было), начиная с Windows Vista лучше использовать фильтры, т.к. они проще в своём устройстве и основную функцию (а для нас это практически во всех случаях - модификация трафика) выполняют «на ура». Итак, как мы помним, «сверху» NDIS"a у нас протоколы (IP, IPX, ARP, RARP, etc.), а снизу сетевые карты. На этом промежутке мы будем выполнять свои магические заклинания над трафиком.
Разберемся с тем, чем именно отличаются драйверы-фильтры и промежуточные драйверы. Итак, когда трафик движется в сеть, т.е. от протокола к сетевой карте, он проходит через очередь пользовательских драйверов, которую сформировал NDIS. В самой середине этой очередь (честно, не знаю как найти середину, если в очереди 3 драйвера, однако с MSDN"ом не поспоришь) NDIS располагает промежуточные драйвера. Эти драйверы выстраиваются в свою очередь по неизвестному алгоритму, однако NDIS гарантирует, что трафик пройдёт через каждый драйвер в «стеке». Промежуточный драйвер представляет собой обманку, «сверху», т.е. для драйверов, которые располагаются над ним, он выглядит как минипорт (хотя настоящие минипорты еще далеко внизу), а «снизу» выглядит как протокол (протоколы далеко вверху). Т.о. промежуточный драйвер является прозрачным, и зачастую его используют не для фильтрации или модификации трафика, а для «рассылки» трафика одного протокола нескольким минипортам (они же интерфейсы сетевых карт). Ну, или, наоборот: рассылки трафика сетевой карты по нескольким протоколам.
Ок, с этим понятно, теперь о драйверах-фильтрах. Драйвер-фильтр - это драйвер, который располагается так же на пути следования трафика от сетевой карты до протоколов, однако конкретное местоположение в очереди определяется настройками, и о них чуть позже. Сейчас же ознакомимся с тем, что драйверы-фильтры бывают двух типов (не следует путать тип, который задаёт местоположение драйвера и основной тип):
- Драйвер-монитор, не подвергает трафик изменению, но может его «воровать»;
- Драйвер-модификатор, полный контроль над трафиком, меняй, удаляй, добавляй своё - что угодно.
Из названия понятно какая между ними разница, однако стоит отметить, что при установке оба драйвера устанавливаются и «работают» нормально. Т.е. если вы написали функции слежения, то трафик вы увидите. Однако, драйвер-модификатор в некоторых случаях потребует перезагрузки. Если перезагрузки не будет, то мониторить трафик вы сможете, а, допустим, ронять пакеты - нет. Функциональная особенность.
Теперь разберемся с местом драйверов-фильтров в очереди. Положение в очереди определяется назначением драйвера. Назначение драйвера (обычное назначение, т.е. для чего этот драйвер используется) устанавливается на этапе установки в его.INF файле. Полный список назначений я не приведу, но примерно картину обрисую. Допустим драйвер предназначается для сжатия трафика, для этого мы в.INF файле укажем «compression», так же есть назначение «encryption», ну или «Custom».
Загрузка...
