2024年08月03日玄貓（BlackCat）

Rust 網路程式設計核心套件應用

本文探討 Rust 網路程式設計，涵蓋 Hyper 建構高效能 HTTP 伺服器、env_logger 靈活日誌記錄、reqwest 簡化 HTTP 請求處理，以及網路拓撲視覺化、IP 位址分配、Netlink 組態網路介面等核心技術，提供實務程式碼範例與詳細步驟說明，引領讀者掌握 Rust 網路開發精髓。

網路程式設計 Rust

Hyper env_logger reqwest 網路拓撲 Netlink API

Rust 語言以其高效能和安全性，在網路程式設計領域日益受到重視。本文將探討 Hyper、env_logger 和 reqwest 三個 Rust 核心套件，並結合網路拓撲、IP 位址分配和 Netlink 網路介面組態等實務操作，提供全面的 Rust 網路程式設計。從建構 HTTP 伺服器、處理 JSON 資料到傳送 GET/POST 請求，讀者將逐步掌握 Rust 網路開發的關鍵技巧。此外，文章也涵蓋使用 Graphviz 視覺化網路拓撲、設定 IP 位址和運用 Netlink 組態網路介面，並佐以程式碼範例和詳細步驟說明，幫助讀者建構和管理高效穩定的網路環境。

使用 Rust 進行網路程式設計：Hyper、env_logger 與 reqwest

Rust 語言以其高效能和安全性在網路程式設計領域中佔有一席之地。本文將介紹三個重要的 Rust 套件：Hyper、env_logger 和 reqwest，分別用於建立高效能的 HTTP 伺服器、靈活的日誌記錄和簡化 HTTP 請求的處理。

Hyper：高效能的 HTTP 實作

Hyper 是一個底層的 HTTP 實作，提供高效能的網路應用程式開發能力。它支援 HTTP/1 和 HTTP/2，具有流式處理能力，並可與 TLS 整合。

使用 Hyper 建立簡單的 HTTP 伺服器

以下範例展示如何使用 Hyper 建立一個簡單的 HTTP 伺服器，該伺服器會記錄收到的請求並回傳 “Hello, World!"：

fn log_request(req: Request) -> Request {
    println!("Received request: {}", req.uri());
    req
}

let handler = || {
    service_fn_ok(|req: Request| {
        let req = log_request(req);
        Response::new(Body::from("Hello, World!"))
    })
};

處理 JSON 資料

使用 serde 套件，可以輕鬆地序列化和反序列化 JSON 資料：

#[derive(Serialize, Deserialize)]
struct MyData {
    field1: String,
    field2: i32,
}

let handler = || {
    service_fn_ok(|req: Request| {
        let data = MyData {
            field1: "value1".to_string(),
            field2: 42,
        };
        let json = serde_json::to_string(&data).unwrap();
        Response::new(Body::from(json))
    })
};

env_logger：靈活的日誌記錄

env_logger 是一個可透過環境變陣列態的日誌實作，提供了多種日誌級別（trace、debug、info、warn 和 error），允許開發者控制日誌輸出的粒度。

使用 env_logger

首先，將 env_logger 新增至 Cargo.toml：

[dependencies]
env_logger = "0.9"

然後，可以在程式碼中使用 env_logger：

use std::net::TcpStream;
use std::io::prelude::*;
use env_logger::Env;

fn main() {
    env_logger::from_env(Env::default().default_filter_or("info")).init();
    
    let mut stream = TcpStream::connect("example.com:80").unwrap();
    let request = "GET / HTTP/1.1\r\nHost: example.com\r\nConnection: close\r\n\r\n";
    stream.write_all(request.as_bytes()).unwrap();
    
    let mut buffer = [0; 1024];
    stream.read(&mut buffer).unwrap();
    let response = String::from_utf8_lossy(&buffer);
    
    info!("Received response: {}", response);
}

自定義 env_logger

env_logger 支援多種自定義選項，包括將日誌輸出到檔案、客製化日誌格式和根據模組過濾日誌：

use log::info;
use env_logger::{Env, Builder};

use std::fs::File;
use std::io::Write;

fn main() {
    let log_file = File::create("app.log").unwrap();
    let mut builder = Builder::from_env(Env::default().default_filter_or("info"));
    builder.target(env_logger::Target::Pipe(Box::new(log_file)));
    builder.init();
    
    info!("This message will be logged to a file.");
}

reqwest：簡化 HTTP 請求

reqwest 提供了一個易於使用的 API 用於傳送 HTTP 請求，支援非同步 I/O 操作，並可處理 JSON 資料。

使用 reqwest 傳送 GET 請求

首先，將 reqwest 新增至 Cargo.toml：

[dependencies]
reqwest = "0.11.3"
serde = { version = "1.0", features = ["derive"] }
serde_json = "1.0"
tokio = { version = "1", features = ["full"] }

然後，可以使用 reqwest 傳送 GET 請求：

use reqwest::Error;
use serde_json::Value;

#[tokio::main]
async fn main() -> Result<(), Error> {
    let api_key = "YOUR_API_KEY";
    let url = format!("https://api.openweathermap.org/data/2.5/weather?q=London&appid={}", api_key);
    let response = reqwest::get(&url).await?.json::<Value>().await?;
    println!("{:#?}", response);
    Ok(())
}

使用 reqwest 傳送 POST 請求

以下範例展示如何使用 reqwest 傳送帶有 JSON 正文的 POST 請求：

use reqwest::Error;
use serde::{Serialize, Deserialize};

#[derive(Serialize, Deserialize, Debug)]
struct User {
    name: String,
    age: i32,
}

#[tokio::main]
async fn main() -> Result<(), Error> {
    // ...
}

網路程式設計與設計：LAN 設定

架設區域網路（LAN）

區域網路（LAN）是指位於單一實體位置（如建築物、辦公室或家庭）內的一組相互連線的裝置。LAN 可以小到單一使用者的家庭網路，也可以大到服務數千名學生或員工的學校或辦公室網路。設定區域網路涉及多個關鍵步驟，以確保所有裝置能夠有效通訊。這些步驟包括定義網路拓撲、分配 IP 位址以及設定網路裝置。本章節將詳細介紹這些步驟，並提供範例幫助您開始進行 LAN 設定。

定義網路拓撲

網路拓撲指的是網路裝置（包括路由器、交換器和電腦）的實體和邏輯組態。它還定義了這些裝置之間的通訊路徑。

使用 Graphviz 視覺化網路拓撲

Graphviz 是一個強大的工具，用於視覺化網路拓撲。它允許您建立代表網路連線和佈局的圖表。透過使用 Rust 程式函式庫，您可以整合 Graphviz 以程式設計方式定義和視覺化您的網路拓撲。

extern crate graphviz;
use graphviz::{Graph, IntoCow};

fn main() {
    // 建立一個新的圖表
    let mut graph = Graph::new("network");
    
    // 新增節點以代表網路裝置
    let router = graph.add_node("router");
    let switch1 = graph.add_node("switch1");
    let switch2 = graph.add_node("switch2");
    let server = graph.add_node("server");
    let client = graph.add_node("client");
    
    // 新增邊以代表網路連線
    graph.add_edge(router, switch1, None);
    graph.add_edge(router, switch2, None);
    graph.add_edge(switch1, server, None);
    graph.add_edge(switch2, client, None);
    
    // 輸出圖表為 DOT 檔案
    println!("{}", graph.into_cow().to_string());
}

內容解密：

extern crate graphviz; 宣告使用 graphviz 程式函式庫。
Graph::new("network") 建立一個名為 “network” 的新圖表。
add_node 方法用於新增節點以代表不同的網路裝置，如路由器、交換器、伺服器和客戶端。
add_edge 方法用於新增邊以代表裝置之間的連線。
最後，圖表被輸出為 DOT 格式的字串，可以使用 Graphviz 工具進行視覺化。

分配 IP 位址

每個網路上的裝置都必須具有唯一的 IP 位址。您可以手動分配 IP 位址或使用動態主機設定通訊協定（DHCP）自動分配。

設定 IP 位址

use std::net::{Ipv4Addr, SocketAddrV4, TcpListener};

fn main() {
    let ip_address = "192.168.1.1".parse::<Ipv4Addr>().unwrap();
    let subnet_mask = "255.255.255.0".parse::<Ipv4Addr>().unwrap();
    let gateway_address = "192.168.1.254".parse::<Ipv4Addr>().unwrap();
    let port = 8080;
    let socket_addr = SocketAddrV4::new(ip_address, port);
    let listener = TcpListener::bind(socket_addr).unwrap();
    
    println!("IP 位址: {}", ip_address);
    println!("子網路遮罩: {}", subnet_mask);
    println!("閘道位址: {}", gateway_address);
    println!("正在監聽: {}", listener.local_addr().unwrap());
}

內容解密：

Ipv4Addr::parse 用於將字串解析為 IPv4 位址。
SocketAddrV4::new(ip_address, port) 建立一個新的 Socket 位址，包含 IP 位址和埠號。
TcpListener::bind(socket_addr) 將 TCP 監聽器繫結到指定的 Socket 位址。
程式輸出設定的 IP 位址、子網路遮罩、閘道位址和監聽位址。

設定網路裝置

設定網路裝置涉及設定各種引數，如 IP 位址、子網路遮罩、預設閘道和 DNS 伺服器，以確保網路內的正確通訊和路由。

使用 Netlink 設定網路裝置

Netlink 是 Linux 核心中的訊息系統，允許使用者空間程式與核心空間程式進行通訊。netlink-sys 程式函式庫提供了 Netlink API 的 Rust 繫結，使得組態網路裝置成為可能。

use netlink_sys::{protocols::NETLINK_ROUTE, Socket, BindOptions};
use netlink_packet_route::{RouteMessage, RtnlMessage};

fn main() {
    // 建立一個新的 Netlink Socket
    let mut socket = Socket::new(NETLINK_ROUTE).unwrap();
    
    // 繫結 Socket
    socket.bind(&BindOptions::new(0)).unwrap();
    
    // 建立路由訊息
    let msg = RouteMessage::default();
    
    // 傳送訊息
    socket.send(msg).unwrap();
}

內容解密：

Socket::new(NETLINK_ROUTE) 建立一個新的 Netlink Socket，用於路由訊息。
socket.bind 將 Socket 繫結到指定的選項。
RouteMessage::default() 建立一個預設的路由訊息。
socket.send(msg) 傳送路由訊息。

本章節介紹了區域網路（LAN）的設定步驟，包括定義網路拓撲、分配 IP 位址和設定網路裝置。透過使用 Rust 程式函式庫如 Graphviz 和 Netlink，您可以程式設計方式組態和管理您的 LAN。這些技術對於建立和管理高效、穩定的網路環境至關重要。

網路介面組態與廣域網設定

網路介面組態實務

本文介紹如何使用Netlink API在Linux系統中組態網路介面，包括設定IP位址、子網路遮罩和閘道器。

程式碼範例：組態網路介面

use std::ffi::CString;
use std::io::{Error, ErrorKind};

fn main() -> Result<(), Error> {
    // 建立Netlink socket
    let mut socket = nl_socket_alloc();
    if socket.is_null() {
        return Err(Error::new(ErrorKind::Other, "Failed to allocate netlink socket"));
    }

    // 連線Netlink socket
    if unsafe { nl_connect(socket, 0) } < 0 {
        return Err(Error::new(ErrorKind::Other, "Failed to connect to netlink socket"));
    }

    // 取得網路介面資訊
    let mut link_info = rtnl_link_info {
        n: nlmsg_hdr {
            nlmsg_len: 0,
            nlmsg_type: 0,
            nlmsg_flags: 0,
            nlmsg_seq: 0,
            nlmsg_pid: 0,
        },
        ninfo: rtnl_link_info_data {
            nla_len: 0,
            nla_type: 0,
            nla_data: [0; 0],
        },
    };

    let mut ifindex = 0;
    let ifname = CString::new("eth0").unwrap();
    if unsafe { rtnl_link_get_by_name(socket, ifname.as_ptr(), &mut link_info) } == 0 {
        ifindex = unsafe {
            nlmsg_data(link_info.n.nh, &mut rtnl_link_ifinfomsg::new().header as *mut _ as *mut u8)
        }.ifi_index;
    }

    if ifindex == 0 {
        return Err(Error::new(ErrorKind::Other, "Failed to get interface index"));
    }

    // 設定IP位址、子網路遮罩和閘道器
    let ip_addr = "192.168.1.10".parse().expect("Invalid IP address");
    let mask = "255.255.255.0".parse().expect("Invalid subnet mask");
    let gateway = "192.168.1.1".parse().expect("Invalid gateway address");
    if unsafe { rtnl_link_set_ipv4_addr(socket, ifindex, ip_addr, mask, gateway) } < 0 {
        return Err(Error::new(ErrorKind::Other, "Failed to set interface IP address"));
    }

    // 設定網路介面旗標
    let flags = IFF_UP;
    if unsafe { rtnl_link_set_flags(socket, ifindex, flags, flags) } < 0 {
        return Err(Error::new(ErrorKind::Other, "Failed to set interface flags"));
    }

    // 傳送Netlink訊息
    if unsafe { nl_send_auto(socket, NLMSG_DONE, NLM_F_ACK | NLM_F_REQUEST) } < 0 {
        return Err(Error::new(ErrorKind::Other, "Failed to send netlink message"));
    }

    Ok(())
}

內容解密：

建立Netlink socket：使用nl_socket_alloc函式建立一個Netlink socket，若失敗則傳回錯誤訊息。
連線Netlink socket：使用nl_connect函式連線到Netlink socket，若失敗則傳回錯誤訊息。
取得網路介面資訊：使用rtnl_link_get_by_name函式根據介面名稱取得網路介面資訊，並取得介面索引。
設定IP位址、子網路遮罩和閘道器：使用rtnl_link_set_ipv4_addr函式設定網路介面的IP位址、子網路遮罩和閘道器。
設定網路介面旗標：使用rtnl_link_set_flags函式設定網路介面的旗標，例如啟用介面。
傳送Netlink訊息：使用nl_send_auto函式傳送Netlink訊息以確認設定。

廣域網設定

WAN設定流程

確定網路需求：瞭解網路需求，包括使用者數量、應用程式和服務、頻寬需求等。
選擇WAN技術：根據需求選擇合適的WAN技術，例如MPLS、VPN、租用線路等。
選擇服務提供者：選擇一個符合頻寬和QoS需求的服務提供者。
設定WAN路由器：設定WAN路由器以連線不同網路，並設定路由協定和安全設定。
設定物理連線：設定WAN路由器和服務提供者網路之間的物理連線，包括IP位址和其他設定。
實施安全措施：實施防火牆、入侵偵測/預防系統和加密等安全措施以保護WAN。
測試和最佳化：測試WAN以確保其正常運作，並最佳化設定以提高效能和可靠性。

範例程式：組態WAN介面

use actix_web::{web, App, HttpResponse, HttpServer, Responder};
use std::net::Ipv4Addr;

async fn hello() -> impl Responder {
    HttpResponse::Ok().body("Hello, world!")
}

#[actix_web::main]
async fn main() -> std::io::Result<()> {
    HttpServer::new(|| {
        App::new()
            .service(web::resource("/").to(hello))
    })
    .bind((Ipv4Addr::new(192, 168, 0, 1), 8080))?
    .run()
    .await
}

圖表翻譯：

此圖示呈現了一個簡單的WAN架構，包括兩個LAN網路透過VPN連線。圖中顯示了WAN路由器的組態和物理連線。