linux下ip协议(V4)的实现(三)

这次我们来看数据包如何从4层传递到3层。 

先看下面的图，这张图表示了4层和3层之间(也就是4层传输给3层)的传输所需要调用的主要的函数: 


 

我们注意到3层最终会把帧用dst_output函数进行输出，而这个函数，我们上一次已经讲过了，他会调用skb->dst->output这个虚函数(他会对包进行3层的处理)，而最终会调用一个XX_finish_output的函数，从而将数据传递到neighboring子系统。 

这张我们主要聚焦于ip_push_pending_frames,ip_append_data,ip_append_page,ip_queue_xmit这几个函数。 

ip_queue_xmit： 

4层协议(主要指tcp 和 sctp)将数据包按照pmtu切片(如果需要)，然后3层的工作只需要给传递下来的切片加上ip头就可以了(也就是说调用这个函数的时候，其实4层已经切好片了)。因此这个函数的处理逻辑比较简单。 

ip_push_pending_frames和后面的2个函数： 

4层调用这几个函数不会考虑切片，4层调用ip_append_data时会存储请求，也就是会将数据包排队(其中每个都不大于pmtu)到一个输出队列.这样的话使3层的处理更加方便和高效。 

当4层需要flush输出队列到3层时，他需要显式的调用ip_push_pending_frames.其实也就是发送包到dst_output. 
ip_append_page只是ip_append_data的一个变体。 

我们还看到rawip和igmp都是直接调用dst_output,也就是直接和3层交互。 

在linux中，每一个bsd socket都被表示为一个socket的数据结构，而每一个protocol family都被表示为一个包含着sock的数据结构，这里我们来看PF_INET的结构： 

struct inet_sock {      /* sk and pinet6 has to be the first two members of inet_sock */      struct sock     sk;  #if defined(CONFIG_IPV6) || defined(CONFIG_IPV6_MODULE)      struct ipv6_pinfo   *pinet6;  #endif      /* Socket demultiplex comparisons on incoming packets. */  ...................................................      struct {  ..........................................      } cork;  };

可以看到每个inet_sock都包含一个sock也就是socket，它存储了每个协议簇的私有部分的数据。这样只要给定我们一个sock，我们都能通过inet_sk来得到inet_sock的指针。其实按照他们的内存分布，他们的地址是一样的。 

而cork域则在ip_append_data和ip_append_page中扮演的重要的角色，它存储被这两个函数所需要的正确切片的一些上下文信息。 

接下来来看ip_queue_xmit的实现,这个函数主要是被tcp和sctp所使用，第一个参数表示被传递的buffer的指针，第二个参数主要是被sctp来使用，就是是否切片被允许的标志： 

int ip_queue_xmit(struct sk_buff *skb, int ipfragok)  {  //取出sock，inet_sock以及option      struct sock *sk = skb->sk;      struct inet_sock *inet = inet_sk(sk);      struct ip_options *opt = inet->opt;      struct rtable *rt;      struct iphdr *iph;        /* Skip all of this if the packet is already routed,      * f.e. by something like SCTP.      */  //得到相关路由信息，如果buffer已经标记了相应的路由信息，则跳过下面的构造路由表。      rt = skb->rtable;      if (rt != NULL)          goto packet_routed;    //下面检测在这个sock中，路由是否已经cache，如果有，则检测这个路由是否还可以使用。      rt = (struct rtable *)__sk_dst_check(sk, 0);  //cache不存在，查找新路由。      if (rt == NULL) {          __be32 daddr;            /* Use correct destination address if we have options. */          daddr = inet->daddr;  //检测source route option          if(opt && opt->srr)              daddr = opt->faddr;            {              struct flowi fl = { .oif = sk->sk_bound_dev_if,  .nl_u = { .ip4_u ={ .daddr = daddr,  .saddr = inet->saddr,  .tos = RT_CONN_FLAGS(sk) }},  .proto = sk->sk_protocol,  .uli_u = {.ports ={.sport = inet->sport,  .dport = inet->dport,}}};                /* If this fails, retransmit mechanism of transport layer will              * keep trying until route appears or the connection times              * itself out.              */              security_sk_classify_flow(sk, &fl);  //如果是 strict source route option,则会在这个函数中进行下一跳的精确匹配。              if (ip_route_output_flow(sock_net(sk), &rt, &fl, sk, 0))                  goto no_route;          }  //主要是保存一些设备的features。          sk_setup_caps(sk, &rt->u.dst);      }    //clone一个skb->dst，也就是引用计数+1了。      skb->dst = dst_clone(&rt->u.dst);    packet_routed:  /*当有 strictroute   option的时候，检测下一跳，如果不等，则丢掉这个包。这里丢掉包不需要发送icmp，因为我们本身就是源，因此只需要返回错误代码给高层就行了。*/      if (opt && opt->is_strictroute && rt->rt_dst != rt->rt_gateway)          goto no_route;  //开始build ip头。  //移动指针指向ip头。      skb_push(skb, sizeof(struct iphdr) + (opt ? opt->optlen : 0));  //保存这个指针到network_head      skb_reset_network_header(skb);  //取出ip头      iph = ip_hdr(skb);  //实例化ip头。      *((__be16 *)iph) = htons((4 << 12) | (5 << 8) | (inet->tos & 0xff));      if (ip_dont_fragment(sk, &rt->u.dst) && !ipfragok)          iph->frag_off = htons(IP_DF);      else          iph->frag_off = 0;      iph->ttl      = ip_select_ttl(inet, &rt->u.dst);      iph->protocol = sk->sk_protocol;      iph->saddr    = rt->rt_src;      iph->daddr    = rt->rt_dst;      /* Transport layer set skb->h.foo itself. */        if (opt && opt->optlen) {          iph->ihl += opt->optlen >> 2;  //设定ip头不进行切片。          ip_options_build(skb, opt, inet->daddr, rt, 0);      }  //设置ip包的id。      ip_select_ident_more(iph, &rt->u.dst, sk,(skb_shinfo(skb)->gso_segs ?: 1) - 1);    //用来流量控制。      skb->priority = sk->sk_priority;      skb->mark = sk->sk_mark;    //这个函数首先进行ip checksum，最终会通过netfilter的hook，从而由netfilter来决定包丢弃还是传递给dst_output.      return ip_local_out(skb);    no_route:      IP_INC_STATS(sock_net(sk), IPSTATS_MIB_OUTNOROUTES);      kfree_skb(skb);      return -EHOSTUNREACH;  } 

接下来来看ip_append_data函数,先来看它的参数的含义： 

sk: 这个传输包的socket 
getfrag: 这个函数用来复制从4层接收到的负荷到数据帧(3层)。 
from: 4层的data起始指针。 
length: 将要传输的数据的大小，包括4层的头和4层的负荷。 
transhdrlen: 四层头的大小 
ipc: 需要正确forward数据报的一些信息。 
rt: 路由信息 
flags:这个变量样子是MSG_XXX，他们包括下面几个定义： 

  MSG_MORE: 这个是应用程序用来告诉4层这儿将会有更多的小数据包的传输，然后将这个标记再传递给3层，3层就会提前划分一个mtu大小的数据包，来组合这些数据帧。 
  MSG_DONTWAIT: 当这个flag被设置，调用ip_append_data将不会阻塞。 
  MSG_PROBE :当这个标记被设置，说明用户不想要真正的传输什么东西，而是知识探测路径。例如测试一个pmtu。 

解释下ip+append_data的大体架构，在ip_queue_xmit中，也就是tcp协议使用的传输中，每次传递下来的数据包都要扔给dst_output来处理，而在ip_append_data中，它可以通过MSG_MORE来创建一个最接近mtu大小的数据块，然后将传递下来数据包(小于mtu)的，多个组成一个最接近mtu大小的数据包，然后传递给dst_output.而且他还有一个sk_write_queue队列，这个队列保存了数据传输的请求，也就是将要传递给dst_output的数据包(上面所说的最接近mtu大小的数据包)组成一个队列，从而当ip_push_pending_frams调用时，传递给dst_output. 


下面这张图解释了，一个不需要切片，并且包含一个ipsec头的ip包通过ip_append_data后的结果： 


 

这里要注意3层头的填充是通过ip_push_pending来进行填充的。而且一般的4层协议不会直接调用ip_push_pending_frams,而是调用它的包装函数，比如udp就会调用udp_push_pending_frames。 

还有一个要注意的是，当没有msg_more时，如果有一个大于pmtu的包传递下来时，他会切包，其中第一个包为pmtu大小，第二个包是剩下的大小，然后把这两个包加入到sk_write_queue队列。而设置了msg_more,此时第二个包的大小就是pmtu，也就是说当再有小的数据包下来，就不需要再次分配空间，而可以直接加入到剩余的数据空间中。 

有些硬件设备提供Scatter/Gather I/o这也就意味着能够交由硬件来组合这些小的数据包(3层可以什么都不用做，当数据包离开host的时候，硬件会将它组合好)，这样就降低了分配内存和复制数据的开销。 

由于一个sk buff只会有一个ip头，因此放到page buff的只会是L4 payload,而不包括头。这里就不需要复制，而是直接将数据放到page buff,接下来的图表示了有Scatter/Gather I/O的情况时，调用ip_append_data之前和之后的区别： 

 

struct skb_frag_struct {      struct page *page;      __u32 page_offset;      __u32 size;  };  

这里可以看到nr_frags域来表示有多少个S/G I/O buffer在这个包中被使用。其实整个S/G I/O buffer相当于一个数组，每个元素都是一个skb_frag_t结构，而这个数组的大小就是nr_frags,最大的size是MAX_SKB_FRAGS. 

这里要注意，当一个新的帧的大小，大于当前页的剩余大小是，他会被分为两部分，一部分在当前页，一部分在新的页。 

没有 s/g I/O: 
它会复制数据到当前的data。 


4层可以调用ip_append_data多次，在flush这个buff之前。 

还有一个getfrag，我再说明下，ip_append_data的任务之一就是复制输入数据到它创建的帧，而不同的协议需要不同的复制操作。比如4层的check sum。有些4层协议就是不需要的。 
因此就有了这样一个虚函数，不同的协议实现自己的复制函数，然后传入到ip_append_data. 
这个函数其实也就是将用户空间的数据复制到内核空间。 
下面这个图就是一些协议实现的复制函数： 





接下来的这个图表示了ip_append_data的流程图： 


 

下来我们来看它的具体实现： 

int ip_append_data(struct sock *sk,             int getfrag(void *from, char *to, int offset, int len,int odd, struct sk_buff *skb),             void *from, int length, int transhdrlen,             struct ipcm_cookie *ipc, struct rtable *rt,unsigned int flags)  {  //取出取出相关的变量。      struct inet_sock *inet = inet_sk(sk);      struct sk_buff *skb;        struct ip_options *opt = NULL;      int hh_len;      int exthdrlen;      int mtu;      int copy;      int err;      int offset = 0;      unsigned int maxfraglen, fragheaderlen;      int csummode = CHECKSUM_NONE;    //如果只是探测路径则直接返回。      if (flags&MSG_PROBE)          return 0;  //当sk_write_queue 为空，意味着创建的是第一个ip帧。因此需要初始化一些相关域。      if (skb_queue_empty(&sk->sk_write_queue)) {          /*          * setup for corking.          */  //初始化cork的一些相关域。          opt = ipc->opt;          if (opt) {              if (inet->cork.opt == NULL) {                  inet->cork.opt = kmalloc(sizeof(struct ip_options) + 40, sk->sk_allocation);                  if (unlikely(inet->cork.opt == NULL))                      return -ENOBUFS;              }              memcpy(inet->cork.opt, opt, sizeof(struct ip_options)+opt->optlen);              inet->cork.flags |= IPCORK_OPT;              inet->cork.addr = ipc->addr;          }          dst_hold(&rt->u.dst);          inet->cork.fragsize = mtu = inet->pmtudisc == IP_PMTUDISC_PROBE ?                          rt->u.dst.dev->mtu:dst_mtu(rt->u.dst.path);          inet->cork.dst = &rt->u.dst;          inet->cork.length = 0;            sk->sk_sndmsg_page = NULL;          sk->sk_sndmsg_off = 0;          if ((exthdrlen = rt->u.dst.header_len) != 0) {  //加上扩展头和传输层的头的大小。              length += exthdrlen;              transhdrlen += exthdrlen;          }      } else {          rt = (struct rtable *)inet->cork.dst;          if (inet->cork.flags & IPCORK_OPT)              opt = inet->cork.opt;  //不是第一个帧，则需要把ipsec头和4层的伪头的大小赋值为0.(因为同一个sk，共享相同的头。          transhdrlen = 0;          exthdrlen = 0;          mtu = inet->cork.fragsize;      }  //得到2层头的大小（也就是预留2层头的大小).      hh_len = LL_RESERVED_SPACE(rt->u.dst.dev);  //得到3层头的大小。      fragheaderlen = sizeof(struct iphdr) + (opt ? opt->optlen : 0);  //ip包的大小。基于路由pmtu。      maxfraglen = ((mtu - fragheaderlen) & ~7) + fragheaderlen;    //由于ip包的最大大小为64kb(oxFFFF),因此拒绝大于这个数据包。      if (inet->cork.length + length > 0xFFFF - fragheaderlen) {          ip_local_error(sk, EMSGSIZE, rt->rt_dst, inet->dport, mtu-exthdrlen);          return -EMSGSIZE;      }        /*      * transhdrlen > 0 means that this is the first fragment and we wish      * it won't be fragmented in the future.      */  //检测checksum是否需要硬件来做。      if (transhdrlen &&          length + fragheaderlen <= mtu &&          rt->u.dst.dev->features & NETIF_F_V4_CSUM &&          !exthdrlen)          csummode = CHECKSUM_PARTIAL;        inet->cork.length += length;  //检测长度是否大于mtu，以及是否是udp协议。然后进行udp分片。      if (((length> mtu) || !skb_queue_empty(&sk->sk_write_queue)) &&          (sk->sk_protocol == IPPROTO_UDP) &&          (rt->u.dst.dev->features & NETIF_F_UFO)) {  //进行udp分片。          err = ip_ufo_append_data(sk, getfrag, from, length, hh_len,  fragheaderlen, transhdrlen, mtu,flags);          if (err)              goto error;          return 0;      }        if ((skb = skb_peek_tail(&sk->sk_write_queue)) == NULL)          goto alloc_new_skb;    //开始将数据复制到创建的帧。      while (length > 0) {          /* Check if the remaining data fits into current packet. */          copy = mtu - skb->len;    //空间不足时(也就是当前帧剩余的大小不够放入将要复制的数据).          if (copy < length)              copy = maxfraglen - skb->len;  //帧太大，需要切片。          if (copy <= 0) {                char *data;              unsigned int datalen;              unsigned int fraglen;              unsigned int fraggap;              unsigned int alloclen;              struct sk_buff *skb_prev;  alloc_new_skb:              skb_prev = skb;  //检测上一个skb是否存在              if (skb_prev)  /*存在取得他的fraggap(小于8字节的).这里要解释下fraggap.除了最后一个ip帧，所有的ip帧都必须使他的ip帧的负荷的大小为8字节的倍数。因此当kernel分配一个新的buffer时，他可能需要移动一些数据从前一个buffer的尾部到新的buffer的头部。*/                fraggap = skb_prev->len - maxfraglen;              else                  fraggap = 0;                /*              * If remaining data exceeds the mtu,              * we know we need more fragment(s).              */  //得到数据长度              datalen = length + fraggap;              if (datalen > mtu - fragheaderlen)                  datalen = maxfraglen - fragheaderlen;              fraglen = datalen + fragheaderlen;  //如果flag为MSG_MORE并且设备设备不支持Scatter/Gather I/O.则需要分配一块等于mtu的内存。              if ((flags & MSG_MORE) && !(rt->u.dst.dev->features&NETIF_F_SG))                  alloclen = mtu;              else                  alloclen = datalen + fragheaderlen;                /* The last fragment gets additional space at tail.              * Note, with MSG_MORE we overallocate on fragments,              * because we have no idea what fragment will be              * the last.              */              if (datalen == length + fraggap)                  alloclen += rt->u.dst.trailer_len;    //alloc相应的skb。              if (transhdrlen) {                  skb = sock_alloc_send_skb(sk,alloclen + hh_len + 15,(flags & MSG_DONTWAIT), &err);              } else {                  skb = NULL;                  if (atomic_read(&sk->sk_wmem_alloc) <= 2 * sk->sk_sndbuf)                      skb = sock_wmalloc(sk,alloclen + hh_len + 15, 1,sk->sk_allocation);                  if (unlikely(skb == NULL))                      err = -ENOBUFS;              }  //检测是否成功              if (skb == NULL)                  goto error;  //设置校验位              skb->ip_summed = csummode;              skb->csum = 0;              skb_reserve(skb, hh_len);    //得到数据位置。              data = skb_put(skb, fraglen);              skb_set_network_header(skb, exthdrlen);  //得到传输层的头部。              skb->transport_header = (skb->network_header +                           fragheaderlen);              data += fragheaderlen;  //检测是否有fraggap.              if (fraggap) {                  skb->csum = skb_copy_and_csum_bits(skb_prev, maxfraglen,data + transhdrlen, fraggap, 0);                  skb_prev->csum = csum_sub(skb_prev->csum,skb->csum);                  data += fraggap;                  pskb_trim_unique(skb_prev, maxfraglen);              }    //得到所需要拷贝的数据的大小              copy = datalen - transhdrlen - fraggap;  //开始拷贝数据。              if (copy > 0 && getfrag(from, data + transhdrlen, offset, copy, fraggap, skb) < 0) {                  err = -EFAULT;                  kfree_skb(skb);                  goto error;              }                offset += copy;              length -= datalen - fraggap;              transhdrlen = 0;              exthdrlen = 0;              csummode = CHECKSUM_NONE;                /*              * Put the packet on the pending queue.              */  //加这个包到write_queue队列。              __skb_queue_tail(&sk->sk_write_queue, skb);              continue;          }            if (copy > length)              copy = length;    //如果不支持Scatter/Gather I/O.则直接拷贝数据          if (!(rt->u.dst.dev->features&NETIF_F_SG)) {              unsigned int off;                off = skb->len;              if (getfrag(from, skb_put(skb, copy),                      offset, copy, off, skb) < 0) {                  __skb_trim(skb, off);                  err = -EFAULT;                  goto error;              }          } else {  //如果支持S/G I/O则开始进行相应操作  //i为当前已存储的个数。  int i = skb_shinfo(skb)->nr_frags;  //取出skb_frag_t指针。  skb_frag_t *frag = &skb_shinfo(skb)->frags[i-1];  //得到当前的物理页。  struct page *page = sk->sk_sndmsg_page;  //得到当前的物理页的位移(也就是我们接下来要存储的位置的位移)  int off = sk->sk_sndmsg_off;  unsigned int left;    //如果有足够的空间则将数据放进相应的物理页的位置。  if (page && (left = PAGE_SIZE - off) > 0) {  //当剩余的空间不够放将要拷贝的数据时，则先将剩余的空间拷贝完毕。然后下次循环再进行拷贝剩下的。  if (copy >= left)  copy = left;  if (page != frag->page) {  if (i == MAX_SKB_FRAGS) {  err = -EMSGSIZE;  goto error;  }  get_page(page);  //填充页  skb_fill_page_desc(skb, i, page, sk->sk_sndmsg_off, 0);  frag = &skb_shinfo(skb)->frags[i];  }  }   //检测是否存储空间已满。(此时说明page不存在或者，剩余大小威0，此时需要重新alloc一个物理页。  else if (i < MAX_SKB_FRAGS) {  //检测所需拷贝的数据的大小是否大于页的大小。  if (copy > PAGE_SIZE)  copy = PAGE_SIZE;  //则新分配一个页。  page = alloc_pages(sk->sk_allocation, 0);  if (page == NULL)  {  err = -ENOMEM;  goto error;  }  sk->sk_sndmsg_page = page;  sk->sk_sndmsg_off = 0;  skb_fill_page_desc(skb, i, page, 0, 0);  frag = &skb_shinfo(skb)->frags[i];  } else {  err = -EMSGSIZE;  goto error;  }  //调用getfrag,填充相应的数据包(4层传递下来的数据)              if (getfrag(from, page_address(frag->page)+frag->page_offset+frag->size, offset, copy, skb->len, skb) < 0) {                  err = -EFAULT;                  goto error;              }              sk->sk_sndmsg_off += copy;              frag->size += copy;              skb->len += copy;              skb->data_len += copy;              skb->truesize += copy;              atomic_add(copy, &sk->sk_wmem_alloc);          }  //计算下次需要再拷贝的。。          offset += copy;          length -= copy;      }        return 0;    error:      inet->cork.length -= length;      IP_INC_STATS(sock_net(sk), IPSTATS_MIB_OUTDISCARDS);      return err;  } 

在上面的代码中，我们可以看到同一个物理页，有可能被sk_sndmsg_page和skb_frag_t 所共享，可以看下下面的图： 

 


接下来来看ip_append_page，这个函数比较简单，我们大概分析下就可以了。 

我们知道内核提供给用户空间的一个零拷贝的接口sendfile.这个接口只能当设备提供Scatter/Gather I/O的时候，才能使用。而它的实现就是基于ip_append_page这个函数来实现的。如果设备不支持S/G I/O,ip_append_page会直接返回错误。 

它的逻辑实现和ip_append_page最后面那段实现很相似，不过有些不同，当加一个新的帧到page时，ip_append_page它会merge新的和也在当前页的前一个帧。它会通过调用skb_can_coalesce来进行检测这个。然后当merge是可能的，它就会update前一个帧的长度。 
当merge是不可能的时候，处理和ip_append_data相似。 

下面就是ip_append_page的一些代码片段： 

if (skb_can_coalesce(skb, i, page, offset)) {              skb_shinfo(skb)->frags[i-1].size += len;          } else if (i < MAX_SKB_FRAGS) {              get_page(page);              skb_fill_page_desc(skb, i, page, offset, len);          } else {              err = -EMSGSIZE;              goto error;          }

ip_append_page只被udp使用。tcp不使用ip_append_data和ip_push_pending_frams是因为它把一些逻辑放到tcp_sendmsg来实现了。因此相似的，0拷贝接口，tcp不使用ip_append_page是因为他在do_tcp_sendpage中实现了相同的逻辑。 

最后我们来看ip_push_pending_frams函数。 

这个函数相当于一个notify函数，当4层决定传输帧到ip层的时候，他就需要调用这个函数.通过前面我们知道此时所有的数据(如果不支持Scatter/Gather I/O),都在sk_write_queue中。 

这个函数要做的其实很简单，就是从sk_write_queue中取出数据，加上ip头，然后通过dst_output发送给3层。 

当数据从sk_write_queue从移除后，加入到frag_list链表中。 
下面这张图表示了从sk_write_queue中移除buffer之前和之后的区别(没有考虑Scatter/Gather I/O). 


 

接下来来看它的实现： 

int ip_push_pending_frames(struct sock *sk)  {  //初始化一些数据      struct sk_buff *skb, *tmp_skb;      struct sk_buff **tail_skb;      struct inet_sock *inet = inet_sk(sk);      struct net *net = sock_net(sk);      struct ip_options *opt = NULL;      struct rtable *rt = (struct rtable *)inet->cork.dst;      struct iphdr *iph;      __be16 df = 0;      __u8 ttl;      int err = 0;  //取得第一个buffer      if ((skb = __skb_dequeue(&sk->sk_write_queue)) == NULL)          goto out;  //得到他的frag_list.      tail_skb = &(skb_shinfo(skb)->frag_list);        /* move skb->data to ip header from ext header */      if (skb->data < skb_network_header(skb))          __skb_pull(skb, skb_network_offset(skb));//开始遍历并取出所有的buffer到frag_list.      while ((tmp_skb = __skb_dequeue(&sk->sk_write_queue)) != NULL) {          __skb_pull(tmp_skb, skb_network_header_len(skb));          *tail_skb = tmp_skb;          tail_skb = &(tmp_skb->next);          skb->len += tmp_skb->len;          skb->data_len += tmp_skb->len;          skb->truesize += tmp_skb->truesize;          __sock_put(tmp_skb->sk);          tmp_skb->destructor = NULL;          tmp_skb->sk = NULL;      }        /* Unless user demanded real pmtu discovery (IP_PMTUDISC_DO), we allow      * to fragment the frame generated here. No matter, what transforms      * how transforms change size of the packet, it will come out.      */      if (inet->pmtudisc < IP_PMTUDISC_DO)          skb->local_df = 1;        /* DF bit is set when we want to see DF on outgoing frames.      * If local_df is set too, we still allow to fragment this frame      * locally. */      if (inet->pmtudisc >= IP_PMTUDISC_DO ||          (skb->len <= dst_mtu(&rt->u.dst) &&           ip_dont_fragment(sk, &rt->u.dst)))  //标记ip头不要被切片。  df = htons(IP_DF);//如果在头中包含ip option,则给option赋值，然后下面会处理这个option。      if (inet->cork.flags & IPCORK_OPT)          opt = inet->cork.opt;  //如果是多播，则赋值多播的ttl      if (rt->rt_type == RTN_MULTICAST)          ttl = inet->mc_ttl;      else          ttl = ip_select_ttl(inet, &rt->u.dst);    //得到ip头的指针。      iph = (struct iphdr *)skb->data;  //开始初始化ip头。      iph->version = 4;      iph->ihl = 5;      if (opt) {          iph->ihl += opt->optlen>>2;          ip_options_build(skb, opt, inet->cork.addr, rt, 0);      }      iph->tos = inet->tos;      iph->frag_off = df;  //得到ip包的id。      ip_select_ident(iph, &rt->u.dst, sk);      iph->ttl = ttl;      iph->protocol = sk->sk_protocol;      iph->saddr = rt->rt_src;      iph->daddr = rt->rt_dst;        skb->priority = sk->sk_priority;      skb->mark = sk->sk_mark;      skb->dst = dst_clone(&rt->u.dst);    //如果协议是ICMP则进行相关处理。      if (iph->protocol == IPPROTO_ICMP)          icmp_out_count(net, ((struct icmphdr *)skb_transport_header(skb))->type);        /* Netfilter gets whole the not fragmented skb. */  //输出到4层，这个函数上面有介绍过，会通过一个netfilter的hook.      err = ip_local_out(skb);      if (err) {          if (err > 0)              err = inet->recverr ? net_xmit_errno(err) : 0;          if (err)              goto error;      }    out:      ip_cork_release(inet);      return err;    error:      IP_INC_STATS(net, IPSTATS_MIB_OUTDISCARDS);      goto out;  }  

接下来我们会来简要的介绍4层使用上面的函数接口和3层如何把帧传递给2层的接口： 

先来看udp_sendmsg的代码片段：

up->len += ulen;      getfrag  =  is_udplite ?  udplite_getfrag : ip_generic_getfrag;  //将要传输的包交给ip_append_data来处理      err = ip_append_data(sk, getfrag, msg->msg_iov, ulen,              sizeof(struct udphdr), &ipc, rt,              corkreq ? msg->msg_flags|MSG_MORE : msg->msg_flags);      if (err)          udp_flush_pending_frames(sk);      else if (!corkreq)  //如果需要传递给3层，则调用udp_push_pending_frames,这个函数是对ip_push_pending_frames的简单封装。          err = udp_push_pending_frames(sk);      else if (unlikely(skb_queue_empty(&sk->sk_write_queue)))          up->pending = 0;      release_sock(sk); 

我们现在知道4层到3层之后，最终通过dst_output来把帧进行输出，这个函数在单播的情况下，是被实例化为ip_output.这里和前面的netfilter一样，还存在一个ip_output_finish方法，当通过netfilter hook后，如果这个包可以被netfilter放过，那么帧就会传递到ip_output_finish方法，然后再调用ip_output_finish2方法。而最终dev_queue_xmit(前面的blog有介绍，也就是2层的传输方法)会被调用(这里是通过hh->hh_output方法或者fst->neighbour->output 2个虚函数)来传输。 

static inline int ip_finish_output2(struct sk_buff *skb)  {  //.........................................        if (dst->hh)          return neigh_hh_output(dst->hh, skb);      else if (dst->neighbour)          return dst->neighbour->output(skb);  //...................................  }