深入理解Linux网络技术内幕——IPv4 报文的接收（转发与本地传递）
来源：互联网 发布：网络电影需要什么手续 编辑：程序博客网 时间：2024/05/16 19:55
我们知道，报文经过网卡驱动处理后，调用net_receive_skb传递给具体的协议处理函数，对于IPv4报文来说，其协议处理函数就是ip_rcv了，ip_rcv在进行一些健康检查等操作后，会调用ip_rcv_finish来处理报文。这也是IPv4协议对报文接收处理的开始。
我们先看下ip_rcv_finish源代码：
ip_rcv_finish：
//ip数据报文的主要处理程序（ip_rcv仅仅只是对ip数据报做一些健康性检查)//ip_rcv_finish 其实是进行路由表查询，，决定报文经过IP层处理后，是继续向上传递，还是进行转发，还是丢弃。//1.决定报文在本地传递或者转发,如果是转发还需要找到出口设备和下一跳节点//2.分析和处理一些选项static int ip_rcv_finish(struct sk_buff *skb){const struct iphdr *iph = ip_hdr(skb);struct rtable *rt;/* *Initialise the virtual path cache for the packet. It describe *how the packet travels inside Linux networking. * 刚开始没有进行路由表查询，所以还没有相应的路由表项：skb_dst(skb) == NULL。 * 则在路由表中查找ip_route_input()，关于内核的路由表 */if (skb_dst(skb) == NULL) {int err = ip_route_input(skb, iph->daddr, iph->saddr, iph->tos, skb->dev); //这里面进行了一些初始化操作，比较重要，与ip报文接下来的走向有关if (unlikely(err)) {if (err == -EHOSTUNREACH)IP_INC_STATS_BH(dev_net(skb->dev),IPSTATS_MIB_INADDRERRORS);else if (err == -ENETUNREACH)IP_INC_STATS_BH(dev_net(skb->dev),IPSTATS_MIB_INNOROUTES);goto drop;}}#ifdef CONFIG_NET_CLS_ROUTE//更新traffic cotrol（qos层）所使用的统计数据if (unlikely(skb_dst(skb)->tclassid)) {struct ip_rt_acct *st = per_cpu_ptr(ip_rt_acct, smp_processor_id());u32 idx = skb_dst(skb)->tclassid;st[idx&0xFF].o_packets++;st[idx&0xFF].o_bytes += skb->len;st[(idx>>16)&0xFF].i_packets++;st[(idx>>16)&0xFF].i_bytes += skb->len;}#endifif (iph->ihl > 5 && ip_rcv_options(skb))goto drop;rt = skb_rtable(skb); /* skb->dst包含路由信息。根据路由类型更新SNMP统计数据 */if (rt->rt_type == RTN_MULTICAST) {IP_UPD_PO_STATS_BH(dev_net(rt->u.dst.dev), IPSTATS_MIB_INMCAST,skb->len);} else if (rt->rt_type == RTN_BROADCAST)IP_UPD_PO_STATS_BH(dev_net(rt->u.dst.dev), IPSTATS_MIB_INBCAST,skb->len);/* * dst_input实际上会调用skb->dst->input(skb).input函数会根据路由信息设置为合适的 * 函数指针，如果是递交到本地的则为ip_local_deliver，若是转发则为ip_forward. * 暂时仅先考虑ip_local_deliver。 */return dst_input(skb);drop:kfree_skb(skb);return NET_RX_DROP;}ip_route_input会进行路由表查询，该函数直接或间接决定了报文之后要往何处传递。是进行本地传递还是转发。
我们可以看到如果报文没有被drop掉，那么报文最终会被dst_input(skb)处理。dst_input(skb)实际上执行的是skb->dst->input(skb)。而这里的input函数其实就是由ip_route_input决定的。
对于应该本地传递的报文，input指针会指向ip_local_deliver。对于该转发的报文，input会指向ip_forward。
本地传递
/* * Deliver IP Packets to the higher protocol layers. */int ip_local_deliver(struct sk_buff *skb){ /* * Reassemble IP fragments. */ if (ip_hdr(skb)->frag_off & htons(IP_MF | IP_OFFSET)) { if (ip_defrag(skb, IP_DEFRAG_LOCAL_DELIVER)) return 0; } return NF_HOOK(PF_INET, NF_INET_LOCAL_IN, skb, skb->dev, NULL, ip_local_deliver_finish);} 我们知道，IPv4要将报文传送给上层协议（本地传递），那它需要对分段的报文进行重组，ip_defrag即完成报文重组。然后由调用Netfilter决定是否调用ip_local_deliver_finish。
ip_local_deliver_finish
static int ip_local_deliver_finish(struct sk_buff *skb){ struct net *net = dev_net(skb->dev); __skb_pull(skb, ip_hdrlen(skb)); /* 跳过IP头部 */ /* Point into the IP datagram, just past the header. */ /* 设置传输层头部位置 */ skb_reset_transport_header(skb); rcu_read_lock(); { int protocol = ip_hdr(skb)->protocol; //取出ip头中的协议. int hash, raw; const struct net_protocol *ipprot; resubmit: // 若是raw socket发送的，需要做相应的处理，clone数据包 raw = raw_local_deliver(skb, protocol); //得到raw socket, 如果不是raw socket,则返回0 hash = protocol & (MAX_INET_PROTOS - 1); // 计算传输层协议处理结构在inet_protos数组hash表中的位置 ipprot = rcu_dereference(inet_protos[hash]); // 获取传输层协议处理指针 if (ipprot != NULL) { int ret; //主要是ipprot是否有被当前主机注册 if (!net_eq(net, &init_net) && !ipprot->netns_ok) { // 若获取到了对应传输层的处理结构 if (net_ratelimit()) printk("%s: proto %d isn't netns-ready\n", __func__, protocol); kfree_skb(skb); goto out; } //判断ipsec,并进行相关处理. if (!ipprot->no_policy) { if (!xfrm4_policy_check(NULL, XFRM_POLICY_IN, skb)) { kfree_skb(skb); goto out; } nf_reset(skb); } //调用handler,进入相应的4层协议的处理. ret = ipprot->handler(skb); if (ret < 0) { // 处理数据包失败，再次尝试 protocol = -ret; goto resubmit; } IP_INC_STATS_BH(net, IPSTATS_MIB_INDELIVERS);// 添加数据包处理统计信息 } else {// 若没有找到相应传输层的处理函数 if (!raw) { if (xfrm4_policy_check(NULL, XFRM_POLICY_IN, skb)) { IP_INC_STATS_BH(net, IPSTATS_MIB_INUNKNOWNPROTOS); icmp_send(skb, ICMP_DEST_UNREACH, ICMP_PROT_UNREACH, 0); } } else IP_INC_STATS_BH(net, IPSTATS_MIB_INDELIVERS); kfree_skb(skb); } } out: rcu_read_unlock(); return 0;}转发
报文转发有下面几个步骤完成：
1. 处理IP选项
2. 确定封包可以被转发
3.递减封包头部的TTL字段，如果TTL字段为0，则丢弃该封包
4.根据路径相关MTU，在必要时处理分段
5.把封包传送至外出设备
IPv4协议中，报文的转发从ip_forward开始：
ip_forward
int ip_forward(struct sk_buff *skb){ struct iphdr *iph; /* Our header */ struct rtable *rt; /* Route we use */ struct ip_options * opt = &(IPCB(skb)->opt); if (skb_warn_if_lro(skb)) goto drop; if (!xfrm4_policy_check(NULL, XFRM_POLICY_FWD, skb)) goto drop; if (IPCB(skb)->opt.router_alert && ip_call_ra_chain(skb)) //处理Router_Alert选项（重要） return NET_RX_SUCCESS; //确定二层目的是发往本机的，这步检查是多余的，因为在二层接收的时候，不是二层地址不是本机的包已经被丢弃 //对于二层地址为本机的数据帧，skb->pkt_type 赋值为PACKET_HOST if (skb->pkt_type != PACKET_HOST)// goto drop; skb_forward_csum(skb);//这里只是转发封包，因而不关系L4层检验和 skb_forward_csum(skb);//这里只是转发封包，因而不关系L4层检验和 /* * According to the RFC, we must first decrease the TTL field. If * that reaches zero, we must reply an ICMP control message telling * that the packet's lifetime expired. */ if (ip_hdr(skb)->ttl <= 1) goto too_many_hops; if (!xfrm4_route_forward(skb)) goto drop; rt = skb_rtable(skb); //如果报头含有strictroute选项，且选项中的下一跳与路由子系统的网关不同 //则表示选项失败，封包丢弃 if (opt->is_strictroute && rt->rt_dst != rt->rt_gateway) goto sr_failed; if (unlikely(skb->len > dst_mtu(&rt->u.dst) && !skb_is_gso(skb) && (ip_hdr(skb)->frag_off & htons(IP_DF))) && !skb->local_df) { IP_INC_STATS(dev_net(rt->u.dst.dev), IPSTATS_MIB_FRAGFAILS); icmp_send(skb, ICMP_DEST_UNREACH, ICMP_FRAG_NEEDED, htonl(dst_mtu(&rt->u.dst))); goto drop; } /* We are about to mangle packet. Copy it! */ if (skb_cow(skb, LL_RESERVED_SPACE(rt->u.dst.dev)+rt->u.dst.header_len)) goto drop; iph = ip_hdr(skb); /* Decrease ttl after skb cow done */ ip_decrease_ttl(iph); /* * We now generate an ICMP HOST REDIRECT giving the route * we calculated. */ if (rt->rt_flags&RTCF_DOREDIRECT && !opt->srr && !skb_sec_path(skb)) ip_rt_send_redirect(skb); skb->priority = rt_tos2priority(iph->tos); return NF_HOOK(PF_INET, NF_INET_FORWARD, skb, skb->dev, rt->u.dst.dev, ip_forward_finish);sr_failed: /* * Strict routing permits no gatewaying */ icmp_send(skb, ICMP_DEST_UNREACH, ICMP_SR_FAILED, 0); goto drop;too_many_hops: /* Tell the sender its packet died... */ IP_INC_STATS_BH(dev_net(skb_dst(skb)->dev), IPSTATS_MIB_INHDRERRORS); icmp_send(skb, ICMP_TIME_EXCEEDED, ICMP_EXC_TTL, 0); drop: kfree_skb(skb); return NET_RX_DROP;} ip_forward检查结束，如果进入ip_forward_finish说明该封包已经可以真正的传给另一个系统了。转发真正工作在ip_forward_finish，中完成。
ip_forward_finish
static int ip_forward_finish(struct sk_buff *skb){ struct ip_options * opt = &(IPCB(skb)->opt); IP_INC_STATS_BH(dev_net(skb_dst(skb)->dev), IPSTATS_MIB_OUTFORWDATAGRAMS); //ip_forward已经处理了两个可能的选项，ROute_Alert 和 Strict Source Routing //这里还需要处理其他选项（由ip_rcv_finish通过ip_options_compile进行初始化 if (unlikely(opt->optlen)) ip_forward_options(skb); return dst_output(skb); }/* Output packet to network from transport. */static inline int dst_output(struct sk_buff *skb){ return skb_dst(skb)->output(skb);} output是虚拟函数，对于单播封包，会初始化为ip_output，对于多播封包，会初始化为ip_mc_output。这两函数也会处理分段，并在最后调用ip_finish_output.ip_output
int ip_output(struct sk_buff *skb){ struct net_device *dev = skb_dst(skb)->dev; IP_UPD_PO_STATS(dev_net(dev), IPSTATS_MIB_OUT, skb->len); skb->dev = dev; skb->protocol = htons(ETH_P_IP); return NF_HOOK_COND(PF_INET, NF_INET_POST_ROUTING, skb, NULL, dev, ip_finish_output, !(IPCB(skb)->flags & IPSKB_REROUTED));}ip_mc_outputint ip_mc_output(struct sk_buff *skb){ struct sock *sk = skb->sk; struct rtable *rt = skb_rtable(skb); struct net_device *dev = rt->u.dst.dev; /* * If the indicated interface is up and running, send the packet. */ IP_UPD_PO_STATS(dev_net(dev), IPSTATS_MIB_OUT, skb->len); skb->dev = dev; skb->protocol = htons(ETH_P_IP); /* * Multicasts are looped back for other local users */ if (rt->rt_flags&RTCF_MULTICAST) { if ((!sk || inet_sk(sk)->mc_loop)#ifdef CONFIG_IP_MROUTE /* Small optimization: do not loopback not local frames, which returned after forwarding; they will be dropped by ip_mr_input in any case. Note, that local frames are looped back to be delivered to local recipients. This check is duplicated in ip_mr_input at the moment. */ && ((rt->rt_flags&RTCF_LOCAL) || !(IPCB(skb)->flags&IPSKB_FORWARDED))#endif ) { struct sk_buff *newskb = skb_clone(skb, GFP_ATOMIC); if (newskb) NF_HOOK(PF_INET, NF_INET_POST_ROUTING, newskb, NULL, newskb->dev, ip_dev_loopback_xmit); } /* Multicasts with ttl 0 must not go beyond the host */ if (ip_hdr(skb)->ttl == 0) { kfree_skb(skb); return 0; } } if (rt->rt_flags&RTCF_BROADCAST) { struct sk_buff *newskb = skb_clone(skb, GFP_ATOMIC); if (newskb) NF_HOOK(PF_INET, NF_INET_POST_ROUTING, newskb, NULL, newskb->dev, ip_dev_loopback_xmit); } return NF_HOOK_COND(PF_INET, NF_INET_POST_ROUTING, skb, NULL, skb->dev, ip_finish_output, !(IPCB(skb)->flags & IPSKB_REROUTED));} ip_finish_output
static int ip_finish_output(struct sk_buff *skb){#if defined(CONFIG_NETFILTER) && defined(CONFIG_XFRM) /* Policy lookup after SNAT yielded a new policy */ if (skb_dst(skb)->xfrm != NULL) { IPCB(skb)->flags |= IPSKB_REROUTED; return dst_output(skb); }#endif if (skb->len > ip_skb_dst_mtu(skb) && !skb_is_gso(skb)) return ip_fragment(skb, ip_finish_output2);//分段 else return ip_finish_output2(skb);}ip_finish_output会和邻居子系统进行衔接。细节看 ipv4 传输的博文。 0 0
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