왕초보를 위한 파이썬 - 갈가마구 님의 ping.py 분석

   1    #!/usr/bin/env python
   2    
   3    # Derived from ping.c distributed in Linux's netkit. That code is
   4    # copyright (c) 1989 by The Regents of the University of California.
   5    # That code is in turn derived from code written by Mike Muuss of the
   6    # US Army Ballistic Research Laboratory in December, 1983 and
   7    # placed in the public domain. They have my thanks.
   8    
   9    # Bugs are naturally mine. I'd be glad to hear about them. There are
  10    # certainly word-size dependenceies here.
  11    
  12    # Copyright (c) Matthew Dixon Cowles, <http://www.visi.com/~mdc/>.
  13    # Distributable under the terms of the GNU General Public License
  14    # version 2. Provided with no warranties of any sort.
  15    
  16    # Note that ICMP messages can only be sent from processes running
  17    # as root.
  18    
  19    # Revision history:
  20    #
  21    # November 22, 1997
  22    # Initial hack. Doesn't do much, but rather than try to guess
  23    # what features I (or others) will want in the future, I've only
  24    # put in what I need now.
  25    #
  26    # December 16, 1997
  27    # For some reason, the checksum bytes are in the wrong order when
  28    # this is run under Solaris 2.X for SPARC but it works right under
  29    # Linux x86. Since I don't know just what's wrong, I'll swap the
  30    # bytes always and then do an htons().
  31    #
  32    # December 4, 2000
  33    # Changed the struct.pack() calls to pack the checksum and ID as
  34    # unsigned. My thanks to Jerome Poincheval for the fix.
  35    #
  36    
  37    import os
  38    from socket import *
  39    import struct
  40    import select
  41    import time
  42    import sys
  43    
  44    # From /usr/include/linux/icmp.h; your milage may vary.
  45    ICMP_ECHO_REQUEST=8 # Seems to be the same on Solaris.
  46    
  47    # I'm not too confident that this is right but testing seems
  48    # to suggest that it gives the same answers as in_cksum in ping.c
  49    def checksum(str):
  50      sum=0
  51      countTo=(len(str)/2)*2
  52      count=0
  53      while count<countTo:
  54        thisVal=ord(str[count+1])*256+ord(str[count])
  55        sum=sum+thisVal
  56        sum=sum & 0xffffffff # Necessary?
  57        count=count+2
  58    
  59      if countTo<len(str):
  60        sum=sum+ord(str[len(str)-1])
  61        sum=sum & 0xffffffff # Necessary?
  62    
  63      sum=(sum >> 16) + (sum & 0xffff)
  64      sum=sum+(sum >> 16)
  65      answer=~sum
  66      answer=answer & 0xffff
  67    
  68      # Swap bytes. Bugger me if I know why.
  69      answer=answer >> 8 | (answer << 8 & 0xff00)
  70      
  71      return answer
  72    
  73    def receiveOnePing(mySocket,ID,timeout):
  74      timeLeft=timeout
  75      while 1:
  76        startedSelect=time.time()
  77        whatReady=select.select([mySocket],[],[],timeLeft)
  78        howLongInSelect=(time.time()-startedSelect)
  79        if whatReady[0]==[]: # Timeout
  80          return None
  81        timeReceived=time.time()
  82        recPacket,addr=mySocket.recvfrom(1024)
  83        icmpHeader=recPacket[20:28]
  84        type,code,checksum,packetID,sequence=struct.unpack("bbHHh",icmpHeader)
  85        if packetID==ID:
  86          bytesInDouble=struct.calcsize("d")
  87          timeSent=struct.unpack("d",recPacket[28:28+bytesInDouble])[0]
  88          return timeReceived-timeSent
  89          
  90        timeLeft=timeLeft-howLongInSelect
  91        if timeLeft<=0:
  92          return None
  93    
  94    def sendOnePing(mySocket,destAddr,ID):
  95      # Header is type (8), code (8), checksum (16), id (16), sequence (16)
  96      myChecksum=0
  97      # Make a dummy heder with a 0 checksum.
  98      header=struct.pack("bbHHh",ICMP_ECHO_REQUEST,0,myChecksum,ID,1)
  99      bytesInDouble=struct.calcsize("d")
 100      data=(192-bytesInDouble) * "Q"
 101      data=struct.pack("d",time.time())+data
 102      # Calculate the checksum on the data and the dummy header.
 103      myChecksum=checksum(header+data)
 104      # Now that we have the right checksum, we put that in. It's just easier
 105      # to make up a new header than to stuff it into the dummy.
 106      header=struct.pack("bbHHh",ICMP_ECHO_REQUEST,0,htons(myChecksum),ID,1)
 107      packet=header+data
 108      mySocket.sendto(packet,(destAddr,1)) # Don't know about the 1 
 109      return None
 110      
 111    def doOne(destAddr,timeout=10):
 112      # Returns either the delay (in seconds) or none on timeout.
 113      icmp=getprotobyname("icmp")
 114      mySocket=socket(AF_INET,SOCK_RAW,icmp)
 115      myID=os.getpid() & 0xFFFF
 116      sendOnePing(mySocket,destAddr,myID)
 117      delay=receiveOnePing(mySocket,myID,timeout)
 118      mySocket.close()
 119      return delay
 120    
 121    def main():
 122      if len(sys.argv)<2:
 123        print "Usage: %s hostname" % os.path.basename(sys.argv[0])
 124        sys.exit(1)
 125    
 126      dest=gethostbyname(sys.argv[1])
 127      delay=doOne(dest)
 128      print delay
 129      return None
 130    
 131    if __name__=='__main__':
 132      main()
 133      sys.exit(0)

무얼할까? ... 이대목에서 한참을 고민하다 ping프로그램을 분석해보기로 했다.. 현재의 실력으론 어림없을것 같지만. 한번 해보자. 않되면 말고. 먼저 소스는 ftp://ftp.visi.com/users/mdc/ping.py서 가져왔다. 다른건 없고 오직 ping.py파일 하나로 이루어져 있어 분석하기가 쉬울것 같다. 파이썬 v2.1에서 작성되었다고 씌여있다. 간단하게 ping.py의 사용법이나 알아보고서 나서 시작하자 사용법: python ping.py 주소(도메인 또는 IP주소) 사용법은 매우 간단했다. 무슨 옵션 같은 것도 없고, 결과도 사용법 만큼이나 간단했다. 그냥 숫자만 덜렁, 그것도 하나만.. 참내! 나중에 바꿔야지 다 어디다 쓸건지 6개나 모듈을 수입한다(37행-42행). 필요하니까 하겠지만 하여튼 두고보면 알 수있지 않을까? 사용된 모듈 os socket select time sys 전역변수 ( 이게 맞나? 어쨌든 여러 함수에서 사용되네..45행) ICMP_ECHO_REQUEST=8 ping은 icmp의 Echo Request를 이용해 인터넷 접속을 테스트 한다. 그럼 Echo Request는 어떻게 이용하나? icmp 헤더를 보면 type이라는 필드가 있는데 여기에 8을 써넣으면 된다. 이게 다냐? 그게 다다 이렇게 하자고 다들 약속 했단다... (근데 숫자는 헛갈리니까? 알아보기 쉽게 하려고 한짓이 아닐까? 98행) ICMP 메시지 종류는 아래를 참조 바람 http://www.ginet.co.kr/ginetwork/n_study/htmlup2/net-tcp5.htm#%20Time%20Exceeded%20Message 사용된 함수 main() | +-- doOne(destAddr,timeout=10) | +-- sendOnePing(mySocket,destAddr,ID) +-- receiveOnePing(mySocket,ID,timeout) | +-- checksum(str): 사용된 함수는 총 5개 위의 그림처럼 main이 doOne을 doOne이 sendOnePing, receiveOnePing을 이런 식으로 호출한다. 음 벌써 분석이 끝났군... 이제 함수 하나하나를 해부 해보기로 하자 여기까지는 별다른 어려움이 없었는데 이제 부턴 그렇지 않을것 같다.. 뭐 그래도 끝까지 해볼란다.. 아니면 말고. 먼저 어디를 볼까? 아무래도 제일먼저 시작되는 곳부터 차례대로 보는게.. 음 131행-133행 __name__이 '__main__'일 경우 함수 main()을 호출 이게 뭔소릴까? 명령행(유닉스의 스크립트파일)에서 실행하면 __name__은 '__main__' 값을 가지게 된다. 121행-129행 main() | +- 인수 : 없음 | +- 결과값 : 없음 참 어렵게 써놨다. 그냥 핑할 주소가 없는경우(sys.argv < 2) 사용법 출력하고 종료 이게 전부인데... 126행은 주어진 주소(도메인주소)를 IP주소로 변환한다. 'www.yahoo.com' -> '66.218.71.88' IP주소인 경우는 그대로 사용된다. 따라서 도메인주소 또는 IP주소 모두 사용가능 음 하나 배웠다.. 참고로 gethostbyname은 socket모듈 소속입니다. doOne()을 실행한다 111행-119행 doOne(destAddr, timeout=10) | +- 인수 : destAddr [목적지 주소], timeout [응답대기 시간] | +- 결과값 : 속도 짧지만 할 일이 많은것 같은 불길한 예감이..... icmp프로토콜을 직접 사용하기 위해 생소켓(raw socket)을 만들고 sendOnePing(),reveiveOnePing()함수를 호출한 다음 결과값을 출력한다. 물론 icmp패킷을 만들기 위한 몇몇 준비를 한 다음에.. 뭘 준비하나... 그렇다 준비하긴 하는데 뭘까? 이걸 이해하려면 icmp메시지 헤더를 이해해야 하므로 간단하게나마 살펴보자. 0 1 2 3 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+ | Type | Code | Checksum | +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+ | Identifier | Sequence Number | +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+ | Data ... +-+-+-+-+- [ ICMP 응답을 위해서 전송해야할 ICMP 헤더 정보 ] ping 프로그램을 만들려면 tcp, udp와는 달리 전송할 패킷을 귀찮아도 직접 만들어 줘야한단다.. 정말 귀찮다. 패킷만드는 법은 나중에 따로 알아보자 지금하면 너무 길어 지니까... doOne에서는 Identifier하나만 필요하지만 나중에 어짜피 알아야 하 니까 이참에 하나하나 뭐하는 놈인지 알아보자. * Type(8 bit): ping을 만들(?)꺼니까 8번을 사용한다 45행에서 미리정의(ICMP_ECHO_REQUEST=8) 0 icmp echo replay icmp 요청에 대한 icmp 응답 3 Destination Unreachable Message 수신지까지 메시지가 도착할수 없음 4 Source Quench Message 송신지 억제 5 Redirect Message 재지시 8 icmp echo request 목적지 호스트에 ICMP 응답을 요청한다 11 Time Exceeded Message 데이타그램 시간초과(TTL 초과) 12 Parameter Problem Message 데이타그램에서의 파라메타 문제 13 Timestamp 시간기록요청 14 Timestamp Reply Message 시간기록응답 * Code(8 bit): 각 Type 종류에 대한 자세한 오류의 유형을 알려주기 위해서 사용된다. 따라서 icmp echo request에서는 0 이된다(98행) * Checksum(16 bit): 혹시 전송 중에 에러가 발생됬는지, 제대로 전달 이 됐는지 검사하기 위해서 필요하다.. 함수 checksum()이 이 역할을 한다.. 몇몇 프로그 램에서 공통적으로 사용되는것 같다.. 당분간은 그냥 복사해서 쓰고 시간 나면 찬찬히 한번알아 보기로 하고 여기서는 그냥 넘어 가야지.. * Identifier(16 bit): icmp메시지를 보내고 응답이 왔을때 이놈이 정 말 내가 보낸 요청에의한 것인지 아닌지를 구분 하기 위해서 필요하다. 어떻게 구분하냐고요 ? 그거야 identifier값을 비교해보면 되지요. 참고)identifier값은 보통 icmp메시지를 요청하는 프로그램의 프로세스 id값을 이용한다.(115행) 참참고) 115행을보면 os.getpid()값을 바로쓰지 않고 0xFFFF값과 비트 엔드를 했는데 왜 그럴까? 난 이게 궁금했다.. 나만 그런가. 아무튼 os.getpid값을 16bit로 만들기 위해서 라고 짐작 된다.. 아니면 말고. * Sequence number(16 bit): 이놈을 이용해 내가 보낸 몇번째 패킷인지 구분이 가능하다. 먼저 identifier가 같은 지 부터 확인해야 하지만. * Data : 추가의 자료가 필요한 경우 여기에다 기록한뒤 보낸다.. 94-107행 sendOnePing(mySocket,destAddr,ID) | +- 인수: mySocket 미리 만들어진 생소켓, destAddr 목적지 주소, ID Identifier | +- 결과값 : 없음(None) icmp 헤더를 만든다. 어떻게 만드나? 개인적으로 파이썬은 icmp패킷을 어떻게 만들지 궁금했는데... 음 struct모듈의 pack()함수를 이용하네요 pack이 사용되는 곳은 모두 세군데(98,101,106행) 아주 간단히 pack의 사용법을 살펴보자. 이런말 정말 싫어 하지만 자세한 내용은 레퍼런스 가이드를 참조하기 바람, 내용이 길어지는건 더 싫어서... pack(fmt, v1, v2, ...) fmt는 포맷, v1,v2는 포맷에 매치되는 값 포맷은 기호(?) 하여튼 한문자로된 값들의 집합이며, 문자하나에 하나의 값이 일치되어야 한다. 포맷에 사용되는 문자는 다음과 같다(여기서 사용되는 것만 알아보자.) Format c type Python calcsize ----------------------------------------- b signed char integer 1 H unsigned short integer 2 h short integer 2 d double float 8 이것만 봐서는 무슨 소린지 솔직히 알수가 없다. 다만 calcsize('bbHHh') --> 8 이렇게 하면 8byte 값이 나오는 것으로 봐서 b(1byte), H 와 h(2byte)값인건 같다. c type의 사이즈를 참고하는게 정신 건강에 좋을듯 파이썬 타입은 몽땅 정수형이니.. 누구 자세히 아시는 분 있으시면 좀 알려 주세요... 일단 그렇다고 치고 pack은 여기서 그만하자.. 참 unpack은 반대로 이해 하면 되고 calcsize(fmt)는 포맷의 사이즈를 알려 줍니다.. 여기서 만들어 지는 string은 200바이트 이다 icmp 헤더(8byte) + 시간(8byte) + 'Q' 184개(184byte) 어떻게 만들었는지 한번 보자. 84행에서 헤더를 만들고. -> 주) 아직까지는 체크섬의 값이 0이다. 체크섬은 헤더+데이터를 가지고 만들어야 되니까 99-101행은 시간에다 별쓸모 없을것 같은 문자'Q'를 184개나 덧붙이고 103-106행 체크섬을 계산하고(103행) 이제서야 제대로된 헤더를 만든다. 107행 드디어 패킷을 완성했다... 참내 94행에서 107행까지 이해 하는데 자그마치 3일 걸렸다.. 머리가 나쁜건지... 혹시 106행에서 왜 htons(myChecksum) 이런짓을 했는지 궁금 하지 않은가요 저만 그런가.. 근데 이게 중요한것 같은 불길한 예감(?)이... 이걸 이해하려면 호스트 바이트 오더와 네트웍 바이트 오더 가 뭔지를 알아야 하는데... 뭐 알아보지.. 호스트 바이트 순서[오더] : 리틀 엔디언(little endian) 컴퓨터 내부 메모리에 자료를 저장하는 순서를 말하는데, 이는 CPU의 종류에 따라 다르며 2바이트의 수 0xC3E2의 경우 E2,C3 순으로 메모리에 저장된다. 예) 80x86 계열은 하위 바이트 부터, MC6800 계열은 그반대로 저장된다. 네트웍 바이트 순서 : 빅 엔디언 네트웍에서 바이트 단위로 자료가 전달되는 순서를 말하는데 2바이트의 수 0xC3E2의 경우 C3,E2의 순서로 즉, 상위 바이트 부터 전송된다. @ 따라서 80x86계열의 호스트와 MC6800계열의 호스트간의 차이 가 발생하게 된다 이를 바로잡기 위해 80x86호스트의 경우 호스트 바이트 순서를 네트웍에 보내지기 전에 네트웍 바이트 순서로 변환(htons함수를 이용)해야 한다. 호스트 바이트 오더를 네트웍 바이트 오더로 변환하기 위해 htons를 사용하는것이다. 한가지더 그런데 똑같은 문자열인데 어떤놈은 변환하고(체크섬), 어떤놈은 변환 않하는지(시간+'Q'184개)가 궁금하지 않은지.. 난 궁금했는데... 저의 좁은 생각엔 ping을 때렸을때 대상 호스트가 만약에 네트웍 바이트 오더 를 사용하는 놈일경우 체크섬을 다시계산후 그값을 비교 할텐데(에러가 있는지 확이하려고)그때를 대비해서가 아닐까.. 하지만 시간은 별다른 처리 없이 그대로 돌려 보내니까 변환이 필요없지 않나 하고.. 마지막으로 sendto(packet,(destAddr,1))함수를 이용해 패킷을 보낸다. sendto는 패킷을 목적지주소(destAddr)의 특정포트(icmp == 1)로 보낸다 사용법 sendto(packet, (host, port)) 참고) 1은 icmp의 프로토콜 번호이다 getprotobyname('icmp')로 확인해 보면됨 에이~~~ 뭔 할말이 이리 많은지... sendto는 소켓을통해 패킷을 보내지만 tcp연결 소켓과는 달리 연결이 되어 있지 않은 상태에서 동작한다. 이게 중요하다. 지금껏 소켓을 만들기만 했지 어디에도 연결되지 않았다. 단지 생소켓을 만들었을 뿐 지금에서야 어디로 보낼지가 결정되는 것이다. 73-92행 receiveOnePing(mySocket,ID,timeout) | +- 인수 : mySocket 생소켓 지시자 | ID 핑의 프로세스 ID | timeout +- 결과 : 소요된 시간 sendOnePing에서 보낸 패킷을 기다렸다가( 기다린다 ..음 이거 중요한데.. 아무튼 좀있다 얘기하자) 도착한 패킷을 가지고 빼기해서 결과를 리턴한다. 대충 살펴보면 이러하다... 가장 먼저 살펴봐야 하는게 77행의 select.select([mySocket],[],[],timeLeft) 인데 혹시 select가 뭔지 아시나요.. 전 몰랐는데 자 그럼 select의 공식명칭은 "동기적 입출력 다중화","비봉쇄 입출력" 사실 핑만드는데 굳이 select를 쓰지 않아도 된다. 그러나 쓰는 이유는 만약 사용하지 않으면 82행에서 마냥 기다리는 불행한 사태가 발생할 수 도있기 때 문이다. 거두절미 하고... select 를 이용하면 한번에 여러개의 파일 디스크립션에서 발생하는 입출력을 동시에 처리할수 있으며, 이러한 특성을 이용해서 비봉쇄 입출력, 다중클라이언트를 하도록 할 수도 있기 때문이란다. 참 어렵게 써놨다. select를 쓰면 82행에서 혹시 발생할지(그렇지 않을경우가 더많다) 모르는 봉쇄(cpu가 다른일은 하지않고 패킷이 도착 하기만을 마냥 기다리는)를 방지할 수 있다는 얘기다. cpu는 다른일을 하다가 패킷이 도착하면 도착했다고 알려 준다 지금은 이 정도로만 이해하고 넘어가자 이거 자세히 설명하면 배보다 배꼽이 더커진다.. 나중에 따로 얘기하기로 하자. 일단 사용법만 알아보면 사용법 : select(iwtd, owtd, ewtd[, timeout]) iwtd -> 읽을 데이타가 발생했을때 깨우기 원하는 파일지시자 owtd -> 쓸 데이타가 발생했을때 깨우기 원하는 파일지시자 ewtd -> 예외상황이 발생했을때 깨우기 원하는 파일지시자 timeout -> 주어진시간(초단위)이 지나도 입력,출력,예외가 발생 하지 않을경우 select는 종료된다. 리턴값 -> 위의 아큐먼트들중 처음 셋중에 사용준비가 된것을 리스트로 되돌려 준다 참고) 각각의 아규먼트는 리스트 들이다. 한놈이 아니고 여러놈이 될수도 있다. 74-81행 나중에 시간을 측정하기 위해 현재시간을 기록하고 select를 이용해 기다리다린다. 만약 시간이 만료되면 종료(79행) 82-83행 드디어 기다리던 패킷이 도착되었다. recvform을이용 패킷을 읽어온다 icmp 헤더를 읽는다. 근데 왜20바이트 부터 읽을까? icmp는 ip 헤더에 숨겨저(?)온다 따라서 처음 20바이트는 ip 헤더이다.. 그래서 건너 뛴거다. 84-85행 unpack을 이용해 우리가 이해하기 쉽도록 쪼겐다음 id를 비교한다. 왜? id가 같아야 내가 보낸 패킷이니까? 아니면 내가 보낸게 아니다.. 86-88행 마지막으로 처음 패킷만들때 기록해둔 시간을 읽어와 시간을 계산하고 결과를 리턴. 90-92행 이건 왜 있을까? 빼고 해봤는데도 별이상없이 동작되는데..이놈은 뭐 하는 놈인가? 제 생각엔 뭔가가 도착은 했지만 내가 만들어 보낸 패킷이 아 닌 경우 만약 이런 패킷이 일정시간 간격(10초이내)으로 계속 도착한다면 아마 이 핑 프로그램은 계속 아무것도 화면에 표시하지 않은 채 계속 동작될 것 이다.. 이런 경우는 극히 드물겠지만 해커가 이사실을 안다면... 으흐흐흐흐 이것을 방지하려고 만들지 않았나 하고 짐작됩니다.