Система и способ обработки соединения с использованием временного порта

Изобретение относится к системам и способам обработки соединения с использованием временного порта. Техническим результатом является обеспечение установки либо закрытия соединения между приложением и удаленным сервером. Технический результат достигается за счет использования прокси-сервера, который имитирует статус от сервера за счет изменений состояний временного порта. Система обработки соединения с использованием временного порта содержит приложение, средство перехвата, средство установки соединения и удаленный сервер. Приложение инициирует установку соединения с удаленным сервером путем отправки сетевых запросов. Средство перехвата перехватывает сетевые запросы от приложения к удаленному серверу и инициирует создание временного порта. Средство установки соединения устанавливает соединение с удаленным сервером после перехвата, создает временный порт и имитирует статус от сервера при помощи изменения состояния созданного временного порта. Удаленный сервер устанавливает соединение в ответ на сетевые запросы. 2 н. и 6 з.п. ф-лы, 5 ил.

 

Область техники

Изобретение относится к системам и способам обработки соединения с использованием временного порта.

Уровень техники

В настоящее время пользователи персональных компьютеров часто сталкиваются с необходимостью иметь соединение с глобальной сетью Интернет. Также неуклонно растет список программ, для которых соединение с сетью Интернет является обязательным условием для работы, при этом растут объемы данных, передаваемых через сеть. Вместе с тем организация сетевого соединения становится сложнее и масштабнее, что, в свою очередь, влияет на качество и скорость передачи данных.

Для обеспечения доступа компьютеров локальной сети в Интернет часто используют прокси-сервер. В самой простой реализации прокси-сервер представляет собой сетевую службу, которая необходима для организации соединения между приложением и удаленным сервером в сети Интернет. Основой работы прокси-сервера является механизм перехвата и перенаправления соединений. Разработка вышеупомянутого механизма осуществляется при помощи различных интерфейсов программирования приложений API (Application Programming Interface), которые имеют функции по работе с сетевыми портами и соединениями.

Основной проблемой при использовании прокси-серверов для TCP соединений является имитация статуса соединения, передаваемого от сервера. Важно, чтобы прокси-сервер не разрешал соединение с портом, который он предоставил приложению, до тех пор, пока он не проверит статус соединения, передаваемого от удаленного сервера, и не установит с ним соединение. Прокси-серверы, в которых некорректно реализован механизм перехвата и перенаправления соединения, нередко являются замедляющим фактором при передаче данных, а в некоторых случаях могут вызывать потерю соединения между узлами.

Фиг.1 отображает установку соединения приложения 110 с удаленным сервером 130 с использованием прокси-сервера 120, который имеет проблему имитации статуса соединения от сервера. Соединение устанавливается в рамках стека протоколов TCP/IP. Все состояния соединения и портов по протоколу TCP описаны в RFC 793. Приложение 110, например браузер, инициирует обращение к удаленному серверу 130. В ответ DNS-сервер предоставляет список адресов, которые соответствуют удаленному серверу 130. Приложение 110 инициирует установку соединения и посылает запрос TCP SYN по адресу из списка от DNS-сервера. Прокси-сервер 120 производит перехват запроса, создает порт и открывает его вызовом команды passive OPEN, одновременно посылает запрос по адресу, полученному от приложения 110, на установку соединения с удаленным сервером 130 и сообщает приложению 110, что запрос по текущему адресу будет перенаправлен. Для начала установки соединения по протоколу TCP согласно RFC 793 необходимо выполнить команду OPEN. На прокси-сервере вызов команды OPEN происходит в режиме passive. Результатом выполнения вызова passive OPEN является открытие порта и переход соединения в состояние LISTEN. В этом состоянии порт открыт, но не выполняет никаких действий по установке соединения, а ожидает входящего соединения. Приложение 110 при повторном обращении по адресу из списка от DNS-сервера перенаправляется прокси-сервером на открытый порт. Порт прокси-сервера 120 принимает ожидаемое входящее подключение. Между приложением 110 и прокси-сервером 120 начинается обмен запросами, соединение устанавливается. Так как соединение было установлено успешно, приложение 110 завершает опрос адресов из списка от DNS-сервера и начинает опрос удаленного сервера 130 для передачи данных. Если прокси-сервер 120 не имеет возможности установить соединение с удаленным сервером 130, порт, через который приложение 110 установило соединение с прокси-сервером 120, закрывается. Приложение 110 получает сообщение о том, что сервер неожиданно разорвал соединение.

Таким образом, приложение 110 не возобновляет опрос адресов из списка от DNS-сервера, но и не имеет установленного соединения с удаленным сервером 130.

В одном из вариантов реализации при программировании прокси-сервера используется библиотека Berkeley sockets стандарта Posix, которая содержит API-функции управления соединением. Для большинства операционных систем такой способ реализации прокси-серверов является предпочтительным. В реализациях с использованием API для выполнения вышеописанных действий применяют функции bind() и listen(). Функция bind() используется для связывания порта и процесса, а функция listen() для вызова команды passive OPEN и перехода соединения в состояние LISTEN. Не следует путать функцию listen() с состоянием соединения LISTEN.

На сегодняшний день известны системы и способы для организации соединения с использованием прокси-сервера. В большинстве такие системы основаны на использовании API-функций bind() и listen().

Публикация US7161947 В1 описывает алгоритм перехвата без потери соединения с созданием динамического (промежуточного) порта. В том числе, описан способ пассивного соединения, когда в работе алгоритма участвуют пользователь, перехватчик, прокси-сервер, удаленный сервер. При этом следует учесть, что проблема имитации статуса от сервера при установке соединения через прокси-сервер в данной публикации не освещена.

В публикации «The Remote Socket Architecture)) (http://vv4vw.tkn.tu- 12/TKN-dissertations/schlaeger_morten.pdf) описан примерный сценарий организации соединения. Происходит создание сокетов на обеих сторонах, их связывание с конечным адресом и введение сокета сервера в режим прослушивания с использованием функций bind() и listen(). Но в данной публикации информации о решении проблемы имитации статуса от удаленного сервера при установке соединения через прокси-сервер нет.

Предложенные и описанные далее система и способ обработки соединения с использованием временного порта обходят описанную выше проблему.

Анализ предшествующего уровня техники и возможностей, которые появляются при комбинировании существующих решений в одной системе, позволяет получить новый результат, а именно систему и способ обработки соединения с использованием временного порта.

Раскрытие изобретения

Настоящее изобретение предназначено для обработки соединения с использованием временного порта.

Технический результат настоящего изобретения заключается в установке либо закрытии соединения между приложением и удаленным сервером. Указанный технический результат достигается за счет использования прокси-сервера, который имитирует статус от сервера.

Система обработки соединения с использованием временного порта содержит приложение, которое инициирует установку соединения с удаленным сервером путем отправки сетевых запросов; средство перехвата, предназначенное для перехвата сетевых запросов от приложения к удаленному серверу, инициации создания временного порта; средство установки соединения, предназначенное для установки соединения с удаленным сервером после перехвата средством перехвата, создания временного порта, имитации статуса от сервера при помощи изменения состояния созданного временного порта; удаленный сервер, который устанавливает соединение в ответ на сетевые запросы.

В частном случае реализации системы перед началом отправки сетевых запросов для установки соединения приложение получает список адресов от DNS сервера.

В другом частном случае реализации системы средство перехвата передает адрес удаленного сервера, полученного от приложения, средству установки соединения.

Еще в одном частном случае реализации системы средство установки соединения изменяет состояние созданного временного порта, а именно открывает порт, когда соединение с удаленным сервером установлено; закрывает порта, когда соединение с удаленным сервером не установлено; когда удаленный сервер не отвечает, ожидает ответа от удаленного сервера и закрывает порт по истечении периода времени на установку соединения.

Способ обработки соединения с использованием временного порта, в котором инициируют установку соединения с удаленным сервером путем отправки сетевых запросов; перехватывают сетевые запросы; устанавливают соединение с удаленным сервером после перехвата; создают временный порт; имитируют статус от сервера путем изменения состояния временного порта.

В частном случае реализации способа для соединения с удаленным сервером получают его адреса от DNS сервера с помощью приложения.

В другом частном случае реализации способа адрес удаленного сервера, полученный от приложения, передается средству установки соединения с помощью средства перехвата.

Еще в одном частном случае реализации способа изменяют состояние временного порта: когда соединение с удаленным сервером установлено, открывают порт; когда соединение с удаленным сервером не установлено, закрывают порт; когда удаленный сервер не отвечает, ожидают установки соединения и закрывают порт по истечении периода времени на установку соединения.

Краткое описание чертежей

Дополнительные цели, признаки и преимущества настоящего изобретения будут очевидными из прочтения последующего описания осуществления изобретения со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:

Фиг.1 отображает диаграмму установки соединения приложения с удаленным сервером с использованием прокси-сервера, который имеет проблему имитации статуса от сервера в случае, когда сервер недоступен;

Фиг.2 иллюстрирует схему работы системы обработки соединения с использованием временного порта в случае, когда сервер недоступен;

Фиг.3 показывает схему работы системы обработки соединения с использованием временного порта в случае, когда сервер доступен;

Фиг.4 отображает схему алгоритма обработки соединения с использованием временного порта;

Фиг.5 представляет пример компьютерной системы общего назначения, персональный компьютер или сервер.

Хотя изобретение может иметь различные модификации и альтернативные формы, характерные признаки, показанные в качестве примера на чертежах, будут описаны подробно. Следует понимать, однако, что цель описания заключается не в ограничении изобретения конкретным его воплощением. Наоборот, целью описания является охват всех изменений, модификаций, входящих в рамки данного изобретения, как это определено в приложенной формуле.

Описание вариантов осуществления изобретения

Объекты и признаки настоящего изобретения, способы для достижения этих объектов и признаков станут очевидными посредством отсылки к примерным вариантам осуществления. Однако настоящее изобретение не ограничивается примерными вариантами осуществления, раскрытыми ниже, оно может воплощаться в различных видах. Сущность, приведенная в описании, является ничем иным, как конкретными деталями, необходимыми для помощи специалисту в области техники в исчерпывающем понимании изобретения, и настоящее изобретение определяется в объеме приложенной формулы.

Для начала установки соединения по протоколу TCP согласно RFC 793 необходимо выполнить команду OPEN. На прокси-сервере вызов команды OPEN происходит в режиме passive. Результатом выполнения вызова passive OPEN является открытие порта и переход соединения в состояние LISTEN. В этом состоянии порт не выполняет никаких действий по установке соединения, а ожидает входящего соединения.

В одном из вариантов реализации при программировании прокси-сервера используется библиотека Berkeley sockets стандарта Posix, которая содержит API-функции управления соединением. В реализациях с использованием API для выполнения вышеописанных действий применяют функции bind() и listen(). Функция bind() используется для связывания порта и процесса, а функция listen() для вызова команды passive OPEN и перехода соединения в состояние LISTEN. Не следует путать функцию listen() с состоянием соединения LISTEN.

Статусом соединения, передаваемым от сервера, является информация о состоянии сетевого соединения после отправки сетевых запросов. В общем случае для корректной работы прокси-сервера необходимо имитировать три статуса соединения, передаваемых от сервера, хотя общее количество статусов соединения может быть больше. Сервер может быть доступен, не отвечать и быть недоступным. Когда сервер доступен, при получении сетевых запросов на соединение происходит установка соединения. В случае если сервер не отвечает, все сетевые запросы на соединение не доходят до сервера. Запросы повторяются в течение ограниченного периода времени. Когда сервер не доступен, в ответ на сетевые запросы на соединение приходит сообщение об ошибке установки соединения.

В общем случае структурная схема работы системы обработки соединения с использованием временного порта 205 между приложением 210 и удаленным сервером 240 в случае, когда удаленный сервер 240 недоступен, имеет вид, показанный на Фиг.2. Система обработки соединения с использованием временного порта 205 состоит из средства перехвата 220 и средства установки соединения 230. Средство перехвата 220 предназначено для перехвата и перенаправления сетевых запросов от приложения 210, передачи адреса удаленного сервера 240 и выполнения запроса на создание временного порта средству установки соединения 230. Средство установки соединения 230 предназначено для создания временного порта и передачи информации о порте средству перехвата 220, установки соединения с удаленным сервером 240 и сопровождения перенаправления успешного соединения между приложением 210 и удаленным сервером 240. Приложение 210, например браузер, инициирует обращение к удаленному серверу 240. В ответ DNS-сервер предоставляет список адресов, которые соответствуют удаленному серверу 240. Приложение 210 инициирует установку соединения по адресу из списка от DNS-сервера и посылает запрос TCP SYN. Средство перехвата 220 производит перехват соединения, посылает запрос средству установки соединения 230 на создание временного порта и сообщает адрес удаленного сервера, с которым нужно установить соединение, затем после создания временного порта начинает перенаправление запросов на соединение от приложения 210 на временный порт. Средство установки соединения 230 начинает установку соединения по адресу, полученному из запроса, создает временный порт, вызвав API-функцию bind() и сообщает информацию о порте средству перехвата 220. Результатом выполнения вышеупомянутой функции является резервирование временного порта в стеке протокола TCP. Соединение через порт не устанавливается, поскольку он не открыт, но в ответ не приходит никаких ICMP сообщений, поскольку порт создан. ICMP (Internet Control Message Protocol - протокол межсетевых управляющих сообщений) используется для передачи сообщений об ошибках и других исключительных ситуациях, возникающих при передаче данных, например запрашиваемая услуга недоступна, сервер или маршрутизатор не отвечают. Таким образом, имитируется статус от сервера, к которому начата, но не закончена, процедура установки соединения. Попытки приложения 210 установить соединение с портом, на который осуществляется перенаправление, будут безуспешными, но не приведут к завершению установки соединения, приложение 210 продолжит посылать TCP SYN запросы. В случае если средство установки соединения 230 не установит соединение с удаленным сервером, временный порт будет закрыт. При очередном запросе TCP SYN приложения 210 будет возвращено ICMP сообщение о недоступности порта, что является имитацией статуса от сервера при его недоступности. В случае если средство установки соединения 230 не установит соединение с удаленным сервером 240 по истечении периода времени на установку соединения (time out), порт будет существовать до тех пор, пока со стороны приложения 210 не истечет период времени на установку соединения. Таким образом, имитируется статус от сервера, соединение с которым не удалось установить по причине истечения периода времени на установку соединения (time out). Поскольку соединение с удаленным сервером 240 так и не было установлено, приложение 210 продолжит опрос адресов из списка от DNS-сервера.

В общем случае структурная схема работы системы обработки соединения с использованием временного порта 205 между приложением 210 и удаленным сервером 240 в случае, когда удаленный сервер 240 недоступен, имеет вид, показанный на Фиг.3. Приложение 210, например браузер, инициирует обращение к удаленному серверу 240. В ответ DNS-сервер предоставляет список адресов, которые соответствуют удаленному серверу 240. Приложение 210 инициирует установку соединения по адресу из списка от DNS-сервера и посылает запрос TCP SYN. Средство перехвата 220 производит перехват соединения, посылает запрос средству установки соединения 230 на создание временного порта и сообщает адрес удаленного сервера 240, с которым нужно установить соединение, затем начинает перенаправление запросов на соединение от приложения 210 на временный порт. Средство установки соединения 230 начинает установку соединения по адресу, полученному из запроса, создает временный порт, вызвав API-функцию bind(), и сообщает информацию о порте средству перехвата 220. В случае, когда удаленный сервер 240 доступен и средство установки соединения 230 установит соединение, порт будет открыт при помощи вызова функции HstenQ. Впоследствии, после успешной установки соединения приложения 210 с удаленным сервером 240, временный порт будет закрыт. Таким образом, имитируется статус от сервера, который доступен.

На Фиг.4 показана схема алгоритма установки соединения с использованием прокси-сервера. На этапе 410 приложение 210, например браузер, инициирует обращение к удаленному серверу 240. В ответ DNS-сервер предоставляет список адресов, которые соответствуют удаленному серверу 240. На этапе 420 приложение 210 инициирует установку соединения по адресу из списка от DNS-сервера и посылает запрос TCP SYN. В случае неудачной попытки установки соединения с удаленным сервером 240, приложение 210 будет переходить к установке соединения с другим адресом из списка от DNS-сервера до тех пор, пока не закончится список. На этапе 430 система обработки соединения с использованием временного порта 205, используя средство перехвата 220, перехватывает запрос на соединение с удаленным сервером 240 и пересылает адрес, по которому нужно установить соединение, и запрос на создание порта средству установки соединения 230. На этапе 440 средство установки соединения 230 инициирует установку соединения с удаленным сервером 240 по адресу, полученному от средства перехвата 220. На этапе 450 средство установки соединения 230 создает временный порт, используя функцию bind(), сообщает информацию о порте средству перехвата 220, имитируется статус от сервера, с которым начата, но не окончена, процедура установки соединения. На этапе 460 все запросы от приложения 210 перенаправляются на созданный порт. На этапе 470 средство установки соединения 230, если с удаленным сервером 240 не удалось установить соединение, закрывает порт. Таким образом, имитируется статус от сервера, с которым не удалось установить соединение. Если соединение с удаленным сервером 140 установлено, то средство установки соединения 230, вызвав функцию listen(), открывает порт и начинает отвечать на запросы приложения 210. Имитируется статус от сервера, с которым удалось установить соединение. На этапе 480 приложение 210 посылает очередной запрос на установку соединения по текущему адресу из списка от DNS-сервера. В случае, когда порт открыт, этап 490, приложение начинает обмен данными с удаленным сервером 240. В противном случае приложение 210 переходит на этап 420 и инициирует установку соединения со следующим адресом из списка от DNS-сервера.

Фиг.5 представляет пример компьютерной системы общего назначения, персональный компьютер или сервер 20, содержащий центральный процессор 21, системную память 22 и системную шину 23, которая содержит разные системные компоненты, в том числе память, связанную с центральным процессором 21. Системная шина 23 реализована, как любая известная из уровня техники шинная структура, содержащая в свою очередь память шины или контроллер памяти шины, периферийную шину и локальную шину, которая способна взаимодействовать с любой другой шинной архитектурой. Системная память содержит постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) 24, память с произвольным доступом (ОЗУ) 25. Основная система ввода/вывода (BIOS) 26 содержит основные процедуры, которые обеспечивают передачу информации между элементами персонального компьютера 20, например, в момент загрузки операционной системы с использованием ПЗУ 24.

Персональный компьютер 20 в свою очередь содержит жесткий диск 27 для чтения и записи данных, привод магнитных дисков 28 для чтения и записи на сменные магнитные диски 29 и оптический привод 30 для чтения и записи на сменные оптические диски 31, такие как CD-ROM, DVD-ROM и иные оптические носители информации. Жесткий диск 27, привод магнитных дисков 28, оптический привод 30 соединены с системной шиной 23 через интерфейс жесткого диска 32, интерфейс магнитных дисков 33 и интерфейс оптического привода 34 соответственно. Приводы и соответствующие компьютерные носители информации представляют собой энергонезависимые средства хранения компьютерных инструкций, структур данных, программных модулей и прочих данных персонального компьютера 20.

Настоящее описание раскрывает реализацию системы, которая использует жесткий диск 27, сменный магнитный диск 29 и сменный оптический диск 31, но следует понимать, что возможно применение иных типов компьютерных носителей информации 56, которые способны хранить данные в доступной для чтения компьютером форме (твердотельные накопители, флеш карты памяти, цифровые диски, память с произвольным доступом (ОЗУ) и т.п.), которые подключены к системной шине 23 через контроллер 55.

Компьютер 20 имеет файловую систему 36, где хранится записанная операционная система 35, а также дополнительные программные приложения 37, другие программные модули 38 и данные программ 39. Пользователь имеет возможность вводить команды и информацию в персональный компьютер 20 посредством устройств ввода (клавиатуры 40, манипулятора «мышь» 42). Могут использоваться другие устройства ввода (не отображены): микрофон, джойстик, игровая консоль, сканнер и т.п. Подобные устройства ввода по своему обычаю подключают к компьютерной системе 20 через последовательный порт 46, который в свою очередь подсоединен к системной шине, но могут быть подключены иным способом, например при помощи параллельного порта, игрового порта или универсальной последовательной шины (USB). Монитор 47 или иной тип устройства отображения также подсоединен к системной шине 23 через интерфейс, такой как видеоадаптер 48. В дополнение к монитору 47, персональный компьютер может быть оснащен другими периферийными устройствами вывода (не отображены), например колонками, принтером и т.п.

Персональный компьютер 20 способен работать в сетевом окружении, при этом используется сетевое соединение с другим или несколькими удаленными компьютерами 49. Удаленный компьютер (или компьютеры) 49 являются такими же персональными компьютерами или серверами, которые имеют большинство или все упомянутые элементы, отмеченные ранее при описании существа персонального компьютера 20, представленного на Фиг.5. В вычислительной сети могут присутствовать также и другие устройства, например маршрутизаторы, сетевые станции, пиринговые устройства или иные сетевые узлы.

Сетевые соединения могут образовывать локальную вычислительную сеть (LAN) 50 и глобальную вычислительную сеть (WAN). Такие сети применяются в корпоративных компьютерных сетях, внутренних сетях компаний и, как правило, имеют доступ к сети Интернет. В LAN- или WAN-сетях персональный компьютер 20 подключен к локальной сети 50 через сетевой адаптер или сетевой интерфейс 51. При использовании сетей персональный компьютер 20 может использовать модем 54 или иные средства обеспечения связи с глобальной вычислительной сетью, такой как Интернет. Модем 54, который является внутренним или внешним устройством, подключен к системной шине 23 посредством последовательного порта 46. Следует уточнить, что сетевые соединения являются лишь примерными и не обязаны отображать точную конфигурацию сети, т.е. в действительности существуют иные способы установления соединения техническими средствами связи одного компьютера с другим.

В заключение следует отметить, что приведенные в описании сведения являются только примерами, которые не ограничивают объем настоящего изобретения, определенного формулой.

1. Система обработки соединения с использованием временного порта, которая содержит:
а) приложение, которое инициирует установку соединения с удаленным сервером путем отправки сетевых запросов;
б) средство перехвата, предназначенное для перехвата сетевых запросов от приложения к удаленному серверу и инициации создания временного порта;
в) средство установки соединения, предназначенное для установки соединения с удаленным сервером после перехвата средством перехвата, создания временного порта и имитации статуса от сервера при помощи изменения состояния созданного временного порта;
г) удаленный сервер, который устанавливает соединение в ответ на сетевые запросы.

2. Система по п.1, в которой перед началом отправки сетевых запросов для установки соединения приложение получает список адресов от DNS сервера.

3. Система по п.1, в которой средство перехвата передает адрес удаленного сервера, полученный от приложения, средству установки соединения.

4. Система по п.1, в которой средство установки соединения изменяет состояние созданного временного порта:
A) открывает порт, когда соединение с удаленным сервером установлено;
Б) закрывает порт, когда соединение с удаленным сервером не установлено;
B) когда удаленный сервер не отвечает, ожидает ответа от удаленного сервера и закрывает порт по истечении периода времени на установку соединения.

5. Способ обработки соединения с использованием временного порта, в котором:
а) инициируют установку соединения с удаленным сервером путем отправки сетевых запросов;
б) перехватывают сетевые запросы;
в) устанавливают соединение с удаленным сервером после перехвата;
г) создают временный порт;
д) имитируют статус от сервера путем изменения состояния временного порта.

6. Способ по п.5, в котором для соединения с удаленным сервером получают его адреса от DNS сервера с помощью приложения.

7. Способ по п.5, в котором адрес удаленного сервера, полученный от приложения, передается средству установки соединения с помощью средства перехвата.

8. Способ по п.5, в котором изменяют состояние временного порта:
A) когда соединение с удаленным сервером установлено, открывают порт;
Б) когда соединение с удаленным сервером не установлено, закрывают порт;
B) когда удаленный сервер не отвечает, ожидают установки соединения и закрывают порт по истечении периода времени на установку соединения.