Entfernte Funktionsaufrufe (RPC)

Einführung

Entfernte Funktionsaufrufe (Remote Procedure Calls, RPC) sind ein Mechanismus, der es Programmen ermöglicht, Funktionen oder Prozeduren auszuführen, die sich auf einem entfernten System befinden, als ob sie lokal verfügbar wären. RPC abstrahiert die Details des Netzwerkprotokolls und erlaubt Entwicklern, sich auf die Funktionalität zu konzentrieren statt auf die Übertragungsschicht.

RPC ist ein zentrales Konzept verteilter Systeme und findet Anwendung in Betriebssystemdiensten, Microservices und Cloud-Architekturen.

Grundprinzip

Bei einem RPC ruft ein Client eine Funktion auf, die auf einem Server implementiert ist. Der Ablauf:

1. Der Client ruft eine Stub-Funktion auf (lokales Platzhalterobjekt).
2. Die Stub-Funktion serialisiert Parameter (Marshalling).
3. Die Daten werden über ein Transportprotokoll (z. B. TCP oder UDP) gesendet.
4. Der Server-Stub deserialisiert die Daten und ruft die eigentliche Serverfunktion auf.
5. Das Ergebnis wird zurückgesendet und im Client-Stub deserialisiert.

Der ONC RPC-Standard

Open Network Computing Remote Procedure Call (ONC RPC) ist ein von Sun Microsystems entwickelter Standard, der erstmals in den 1980er-Jahren für das NFS eingesetzt wurde. ONC RPC ist in RFC 5531 definiert und gilt als einer der ältesten und am weitesten verbreiteten RPC-Standards.

Merkmale von ONC RPC:

• Transportunabhängig (UDP oder TCP)
• Definiert in der Sprache RPC Language (RPCL)
• Standardisierte Datenrepräsentation über XDR (External Data Representation)
• Weite Unterstützung in UNIX-Derivaten (Linux, BSD, Solaris)

Schnittstellendefinition

RPC-Systeme nutzen Schnittstellendefinitionssprachen (IDLs), um Funktionen, Parameter und Datentypen unabhängig von der Implementierung zu beschreiben. Im Fall von ONC RPC:

• Die IDL heißt RPC Language (RPCL).
• Aus RPCL-Dateien generieren Tools automatisch Client- und Server-Stubs (z. B. `rpcgen`).
• Dies ermöglicht Plattform- und Sprachenunabhängigkeit.

Beispiel einer RPCL-Definition:

program MATH_PROG {
    version MATH_VERS {
        int ADD(int a, int b) = 1;
    } = 1;
} = 0x20000001;

Datenrepräsentation

Ein Kernproblem verteilter Systeme ist die plattformunabhängige Darstellung von Daten. ONC RPC löst dies durch XDR (External Data Representation):

• Fest definierte Endianness (Big-Endian)
• Definiert Datentypen wie int, float, arrays, strings
• Stellt sicher, dass Daten auf unterschiedlichen Rechnerarchitekturen korrekt interpretiert werden

Sicherheitsaspekte

RPC-Systeme müssen Authentifizierung, Autorisierung und Datenschutz gewährleisten. Bei ONC RPC existieren verschiedene Mechanismen:

• AUTH_NULL: Keine Authentifizierung (Standard, unsicher)
• AUTH_SYS: Überträgt UNIX-Benutzer-IDs
• AUTH_DES / AUTH_KERB (Kerberos): Sichere Authentifizierung via kryptografischer Verfahren
• RPC über sichere Transportprotokolle (z. B. TLS) ist möglich, aber im Standard nicht zwingend vorgeschrieben.

Empfohlene Sicherheitsmaßnahmen:

• Einsatz verschlüsselter Transportverbindungen (z. B. stunnel oder IPsec)
• Nutzung starker Authentifizierung (Kerberos)
• Firewalls und Zugriffskontrolllisten für RPC-Dienste

Vergleich zu anderen RPC-Implementierungen

Merkmal	ONC RPC	DCE/RPC	gRPC
Transport	UDP/TCP	TCP/SMB	HTTP/2
Datenrepräsentation	XDR	NDR	Protocol Buffers
Authentifizierung	AUTH_SYS, AUTH_DES, AUTH_KERB	Kerberos integriert	TLS, OAuth2
Sprachunterstützung	C, C++ u. a.	C, C++, Java	Viele moderne Sprachen

External Data Representation (XDR)

External Data Representation (XDR) ist ein standardisiertes Format zur plattformunabhängigen Kodierung von Daten. Es wurde von Sun Microsystems entwickelt und in RFC 4506 spezifiziert. XDR ist integraler Bestandteil von ONC RPC und dient dazu, Daten zwischen Systemen unterschiedlicher Architektur sicher und eindeutig zu übertragen.

Hauptmerkmale von XDR:

• Plattformunabhängigkeit – definiert feste Größen und Big-Endian-Byteordnung.
• Definierte Basistypen – Integer, Float, Double, String, Arrays, Strukturen und Unions.
• Erweiterbarkeit – unterstützt komplexe Datentypen und verschachtelte Strukturen.
• Kompatibilität – ermöglicht interoperable Kommunikation zwischen unterschiedlichen Hard- und Softwareplattformen.

XDR trennt die Logik der Anwendung von der Datenkodierung. Dies macht es einfacher, RPC-Schnittstellen zu entwickeln, die langfristig stabil und zwischen vielen Systemen kompatibel bleiben.

Beispiel: Serialisierung mit XDR (C)

Das folgende Beispiel zeigt, wie eine einfache Datenstruktur mit XDR serialisiert (geschrieben) und deserialisiert (gelesen) wird.

#include <rpc/xdr.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

typedef struct {
    int id;
    float wert;
} daten_t;

/* Funktion zur XDR-Kodierung und -Dekodierung */
bool_t xdr_daten(XDR *xdrs, daten_t *d) {
    return (xdr_int(xdrs, &d->id) &&
            xdr_float(xdrs, &d->wert));
}

int main() {
    daten_t original = {42, 3.14f};
    daten_t empfangen = {0, 0.0f};

    /* Serialisierung in Speicher */
    char buffer[100];
    XDR xdr_encode;
    xdrmem_create(&xdr_encode, buffer, sizeof(buffer), XDR_ENCODE);
    xdr_daten(&xdr_encode, &original);
    xdr_destroy(&xdr_encode);

    /* Deserialisierung aus Speicher */
    XDR xdr_decode;
    xdrmem_create(&xdr_decode, buffer, sizeof(buffer), XDR_DECODE);
    xdr_daten(&xdr_decode, &empfangen);
    xdr_destroy(&xdr_decode);

    printf("Empfangen: ID=%d, Wert=%f\n", empfangen.id, empfangen.wert);
    return 0;
}

Dieses Beispiel:

• Definiert eine einfache Struktur mit einem Integer und einem Float.
• Kodiert die Daten in ein Byte-Array (Serialisierung).
• Dekodiert die Daten wieder aus dem Byte-Array (Deserialisierung).

Auf diese Weise können Daten sicher und plattformunabhängig zwischen Systemen übertragen werden.

Anwendungen

• Network File System (NFS)
• Verwaltungstools unter UNIX/Linux
• Interprozesskommunikation in Clustern

Literatur und Standards

• RFC 5531 – RPC: Remote Procedure Call Protocol Specification Version 2
• RFC 4506 – XDR: External Data Representation Standard
• DCE/RPC
• gRPC

Siehe auch

• Verteiltes System
• Stub (Softwareentwicklung)
• Marshalling (Informatik)