如何強制一個程序使用一個特定的網卡
解決之前一直沒解決的問題：如何強制一個程序使用一個特定的網卡。假如我的手提電腦同時連着無線wifi和有線的以太網，那么我要如何指示我的程序（比如瀏覽器）使用wifi還是以太網呢？在默認情況下，一般是自動選擇以太網的。但是，如果以太網的連接比較慢，或者你想讓某些程序用wifi訪問外網，怎么做到呢？今天我嘗試了一下。其中原理和操作不難，但是如果要完全驗證自己的想法，有些坑（比如修改路由表）是繞不過去的。
假設有線網卡的IP是： 110.56.65.45， 無線網卡的IP是: 192.168.10.100。假設在Linux下（Windows下也相似）
Scenario-1
如果你要從頭寫這個程序，而且，使用了bind()之類的函數，那么你是可以很容易選擇你的程序到底要使用那個網卡的。比如一下的python程序（C長得也差不多）：
>>> import socket
>>> sock = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
>>> sock.bind(("110.56.65.45", 5005)) # or sock.bind(("192.168.10.100",500))
只要在bind()的時候選擇那個你想要的IP地址就行（每個網卡都有一個IP)。
但是，假如你是在使用別人的程序時，又如何呢？如果沒有源代碼，就改不了別人程序了；即使有源代碼，改起來可能也會錯漏百出。
Scenario-2
有一種方法可以解決這個問題： 使用LD_PRELOAD變量對C標准庫的庫文件中的bind()函數做一個“overload”
這種解決方法的思路是，通過在鏈接之前定義LD_PRELOAD環境變量，使得鏈接器首先鏈接我們自己實現的bind()函數，這樣我們就可以在bind()函數里面動手腳，使得無論第三方程序如何定義或使用bind()函數，我們都可以將其綁定到我們想要的網卡接口，因為在鏈接的時候，對bind()函數的引用被鏈接到了我們定義的bind()那里（LD_PRELOAD起作用了）。當然，前提是第三方程序必須是動態鏈接的（一般都是）。比如可以這樣實現：
/*
Copyright (C) 2000 Daniel Ryde
This library is free software; you can redistribute it and/or
modify it under the terms of the GNU Lesser General Public
License as published by the Free Software Foundation; either
version 2.1 of the License, or (at your optioyinwn) any later version.
This library is distributed in the hope that it will be useful,
but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE. See the GNU
Lesser General Public License for more details.
*/
/*
LD_PRELOAD library to make bind and connect to use a virtual
IP address as localaddress. Specified via the enviroment
variable BIND_ADDR.
Compile on Linux with:
gcc -nostartfiles -fpic -shared bind.c -o bind.so -ldl -D_GNU_SOURCE
Example in bash to make inetd only listen to the localhost
lo interface, thus disabling remote connections and only
enable to/from localhost:
BIND_ADDR="127.0.0.1" LD_PRELOAD=./bind.so /sbin/inetd
Example in bash to use your virtual IP as your outgoing
sourceaddress for ircII:
BIND_ADDR="your-virt-ip" LD_PRELOAD=./bind.so ircII
Note that you have to set up your servers virtual IP first.
This program was made by Daniel Ryde
email: daniel@ryde.net
web: http://www.ryde.net/
TODO: I would like to extend it to the accept calls too, like a
general tcp-wrapper. Also like an junkbuster for web-banners.
For libc5 you need to replace socklen_t with int.
*/
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <dlfcn.h>
#include <errno.h>
int (*real_bind)(int, const struct sockaddr *, socklen_t);
int (*real_connect)(int, const struct sockaddr *, socklen_t);
char *bind_addr_env;
unsigned long int bind_addr_saddr;
unsigned long int inaddr_any_saddr;
struct sockaddr_in local_sockaddr_in[] = { 0chengx };
void _init (void)
{
const char *err;
real_bind = dlsym (RTLD_NEXT, "bind");
if ((err = dlerror ()) != NULL) {
fprintf (stderr, "dlsym (bind): %s\n", err);
}
real_connect = dlsym (RTLD_NEXT, "connect");
if ((err = dlerror ()) != NULL) {
fprintf (stderr, "dlsym (connect): %s\n", err);
}
inaddr_any_saddr = htonl (INADDR_ANY);
if (bind_addr_env = getenv ("BIND_ADDR")) {
bind_addr_saddr = inet_addr (bind_addr_env);
local_sockaddr_in->sin_family = AF_INET;
local_sockaddr_in->sin_addr.s_addr = bind_addr_saddr;
local_sockaddr_in->sin_port = htons (0);
}
}
int bind (int fd, const struct sockaddr *sk, socklen_t sl)
{
static struct sockaddr_in *lsk_in;
lsk_in = (struct sockaddr_in *)sk;
/* printf("bind: %d %s:%d\n", fd, inet_ntoa (lsk_in->sin_addr.s_addr),
ntohs (lsk_in->sin_port));*/
if ((lsk_in->sin_family == AF_INET)
&& (lsk_in->sin_addr.s_addr == inaddr_any_saddr)
&& (bind_addr_env)) {
lsk_in->sin_addr.s_addr = bind_addr_saddr;
}
return real_bind (fd, sk, sl);
}
int connect (int fd, const struct sockaddr *sk, socklen_t sl)
{
static struct sockaddr_in *rsk_in;
rsk_in = (struct sockaddr_in *)sk;
/* printf("connect: %d %s:%d\n", fd, inet_ntoa (rsk_in->sin_addr.s_addr),
ntohs (rsk_in->sin_port));*/
if ((rsk_in->sin_family == AF_INET)
&& (bind_addr_env)) {
real_bind (fd, (struct sockaddr *)local_sockaddr_in, sizeof (struct sockaddr));
}
return real_connect (fd, sk, sl);
}
上面的實現中，我們改寫了bind()和connect()接口，於是無論第三方程序使用的bind()和connect()被鏈接到了我們所定義的bind()和connect()那里了。
它的用法是這樣的：
- 首先編譯程序
$ gcc -nostartfiles -fpic -shared bind.c -o bind.so -ldl -D_GNU_SOURCE
- 在使用第三方程序時提前做一些手腳，比如
$ BIND_ADDR="192.168.10.100" LD_PRELOAD=./bind.so curl www.baidu.com
這樣，就可以強制性地讓curl程序使用192.168.10.100這個無線網卡接口去訪問外網了。
SOME ISSUES
做這個實驗並不是那么一帆風順的。我列舉一下我遇到的問題。
關於 LD_PRELOAD
LD_PRELOAD 這個環境變量並不是任何時候都會起作用。在Linux下（我的Linux內核版本是3.19.0），只有當effective user id等於read user id時才會起作用。關於effective user id和real user id可以參考Linux man page或這里。最簡單的解決方法是，在root身份下試驗。
關於路由表
很多時候，為了驗證你的想法，你需要直接更改本機（localhost）的路由表。比如，你想看看，把eth0的路由信息去掉，然后強制使用這個接口，看看是不是真的連不上外網了。假如真的是，那么證明你的實驗成功了。
在Linux下，修改路由表可以用route命令。用 *route -n *命令查看當前路由表，用 route add命令增加路由表entry。比如：
# route add -net 127.0.0.1 netmask 255.255.255.0 dev eth0
用route del命令刪除路由表的entry。比如：
# route del -net 127.0.0.1 netmask 255.255.255.0 dev eth0
在某個時刻，我的路由表長這樣：
Kernel IP routing table
Destination Gateway Genmask Flags Metric Ref Use Iface
0.0.0.0 192.168.1.1 255.255.255.0 UG 0 0 0 wlan0
0.0.0.0 192.168.1.1 0.0.0.0 UG 0 0 0 wlan0
192.168.1.0 192.168.1.1 255.255.255.0 UG 0 0 0 wlan0
192.168.1.0 0.0.0.0 255.255.255.0 UG 0 0 0 wlan0
(上面的路由表是我自己各種折騰弄出來的，一般的路由表不會長這樣，為了說明問題而已）‘
可以看到，這個路由表是沒有eth0（以太網）相關的路由信息的，所以如果某個程序使用這個接口，那么，按照猜想，必定會失敗。
我用curl程序來做實驗。在普通情況下， curl www.baidu.com是直接返回一張網頁的，因為，即使有線網卡不行，系統也會自動選擇可通行的無線網卡。但是，假如強制使用有線網卡：
LD_PRELOAD=/home/walkerlala/misc/my-bind.so BIND_ADDR="110.56.65.45" curl www.baidu.com
那么curl就不能正常運行了。這就證明了我們已經成功地強制第三方程序（curl）使用了我們指定的網卡。
關於PING
ping程序似乎不能被強制。 to-be-continued...
References
- How to use different network interfaces for different processes?
- Source code of bind.c
- BINDING APPLICATIONS TO A SPECIFIC IP
- How Do I Find Out My Linux Gateway / Router IP Address?
- how to use cURL on specific interface
- RealUID, Saved UID, Effective UID. What's going on?
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