Linux 三层、四层接收数据处理函数相关的链表

最新推荐文章于 2024-06-06 22:06:43 发布

原创最新推荐文章于 2024-06-06 22:06:43 发布 · 2.9k 阅读

2 ·

CC 4.0 BY-SA版权

linux 网络专栏收录该内容

56 篇文章

订阅专栏

本文详细介绍了在网络协议栈中，数据包如何从底层网卡驱动传递到上层应用的过程。具体包括二层MAC子层如何处理数据包并调用三层协议处理函数，以及三层协议处理完毕后如何根据协议类型调用相应的四层处理函数。

在底层接收到数据后，通过底层网卡驱动处理完成后，会调用函数netif_receive_skb进行二层mac子层进行处理，对于需要本机处理的三层数据包，是如何调用各三层处理函数的呢？

对于ip子层处理完以后，需要发送到本地上层继续处理的数据包，又是如何调用相应四层处理函数的呢？

三层数据接收处理相关的链表及处理流程

1、三层的协议有arp、ipv4、ipv6、ipx等，我比较熟悉且用到的是arp、ip这两个协议的数据包接收处理函数，下面我们看一下三层协议接收处理函数相关的数据结构

三层数据包协议处理

structpacket_type {

__be16 type; /*三层协议类型*/

struct net_device *dev; /* 与该协议相关联的设备，可以对不同的设备绑定不同的三层协议，我们一般将该值设置为NULL，即匹配所有设备*/

/*协议接收处理函数，处理接收的三层数据包的协议处理函数*/

int (*func)(struct sk_buff *,

struct net_device *,

struct packet_type *,

struct net_device *);

/*gso相关的处理函数，对gso不熟悉*/

struct sk_buff *(*gso_segment)(structsk_buff *skb,

intfeatures);

int (*gso_send_check)(structsk_buff *skb);

struct sk_buff **(*gro_receive)(structsk_buff **head,

struct sk_buff *skb);

int (*gro_complete)(structsk_buff *skb);

void *af_packet_priv;/*用于PF_SOCKET类型的socket。它指向相关的sock数据结构*/

struct list_head list;/*将该三层协议处理结构添加到三层协议处理链表ptype_base 中*/

};

static struct list_head ptype_base[PTYPE_HASH_SIZE] __read_mostly;

思考：二层协议处理函数为netif_receive_skb，在二层数据处理完以后，对于需要发送到本机的三层数据包，该如何发送到相应的协议层呢？三层协议不止一个，应该怎样处理呢？

相对来说，使用一个链表，对于需要发送到本机的三层数据包，遍历链表ptype_base，找到与数据包的三层协议对应的三层协议packet_type，然后就调用packet_type->(*func)，由相应的三层处理函数进行后续处理。对于ipv4，即为ip_rcv；对于arp即为arp_rcv；对于ipv6，即为ipv6_rcv。

将三层协议packet_type添加到链表ptype_base中的函数为

void dev_add_pack(structpacket_type *pt)

{

int hash;

spin_lock_bh(&ptype_lock);

if (pt->type == htons(ETH_P_ALL))

list_add_rcu(&pt->list,&ptype_all);

else {

hash = ntohs(pt->type) &PTYPE_HASH_MASK;

list_add_rcu(&pt->list,&ptype_base[hash]);

}

spin_unlock_bh(&ptype_lock);

}

将三层协议packet_type添加到hash链表ptype_base，就是调用链表的处理函数，还是比较简单的。遍历hash链表ptype_base，可以使用list_for_each_entry_rcu实现。

四层数据接收处理相关的链表及处理流程

1、对于ipv4、ipv6的三层处理函数ip_rcv、ipv6_rcv处理完以后，需要由四层协议处理的函数，其处理流程与三层协议链表ptype类似。下面分析四层数据接收协议相关的数据结构

/*四层协议注册相关的数据结构 */

struct net_protocol {

int (*handler)(struct sk_buff*skb);/*四层协议相关的函数*/

void (*err_handler)(struct sk_buff*skb, u32 info);/*错误处理*/

/*gso相关*/

int (*gso_send_check)(structsk_buff *skb);

structsk_buff *(*gso_segment)(struct sk_buff *skb,

int features);

structsk_buff **(*gro_receive)(struct sk_buff **head,

struct sk_buff *skb);

int (*gro_complete)(struct sk_buff*skb);

unsignedint no_policy:1,

netns_ok:1;

};

与三层协议相关的数据结构packet_type相比，该数据结构中并没有标记协议的类型，那四层协议数据结构是如何查找的呢？

因为四层协议相关的数据结构，主要是链接到hash链表structnet_protocol *inet_protos[MAX_INET_PROTOS]。虽说是hash数组，但是该数组的最大值为256，而三、四层协议相关的定义如下，而hash数组的最大值即为256，即退化为了数组指针。所以每一个协议均对应一个net_protocol指针，此时只要从ip头部周获取到相应的四层的类型，即可从数组中取出相应的四层协议结构。而在三层结构，有可能出现同一个链表存在多个三层协议，此时就需要在三层协议中增加一个协议类型成员了。

enum {

IPPROTO_IP = 0, /*Dummy protocol for TCP */

IPPROTO_ICMP = 1, /*Internet Control Message Protocol */

IPPROTO_IGMP = 2, /*Internet Group Management Protocol */

IPPROTO_IPIP = 4, /* IPIPtunnels (older KA9Q tunnels use 94) */

IPPROTO_TCP = 6, /*Transmission Control Protocol */

IPPROTO_EGP = 8, /*Exterior Gateway Protocol */

IPPROTO_PUP = 12, /* PUPprotocol */

IPPROTO_UDP = 17, /*User Datagram Protocol */

IPPROTO_IDP = 22, /* XNS IDPprotocol */

IPPROTO_RSVP = 46, /*RSVP protocol */

IPPROTO_GRE = 47, /*Cisco GRE tunnels (rfc 1701,1702) */

IPPROTO_IPV6 = 41, /* IPv6-in-IPv4 tunnelling */

IPPROTO_ESP = 50, /*Encapsulation Security Payload protocol */

IPPROTO_AH = 51, /*Authentication Header protocol */

IPPROTO_PIM = 103, /* Protocol Independent Multicast */

IPPROTO_COMP = 108, /* Compression Header protocol*/

IPPROTO_SCTP = 132, /* Stream Control TransportProtocol */

IPPROTO_RAW = 255, /* Raw IP packets */

IPPROTO_MAX

};

四层协议添加到v4数组net_protocol和从数组中删除的函数为，主要是将四层协议结构添加到数组中去。

int inet_add_protocol(const structnet_protocol *prot, unsigned char protocol)

{

inthash, ret;

hash= protocol & (MAX_INET_PROTOS - 1);

spin_lock_bh(&inet_proto_lock);

if(inet_protos[hash]) {

ret= -1;

}else {

inet_protos[hash]= prot;

ret= 0;

}

spin_unlock_bh(&inet_proto_lock);

returnret;

}

* Remove a protocol from the hash tables.

int inet_del_protocol(const structnet_protocol *prot, unsigned char protocol)

{

inthash, ret;

hash= protocol & (MAX_INET_PROTOS - 1);

spin_lock_bh(&inet_proto_lock);

if(inet_protos[hash] == prot) {

inet_protos[hash]= NULL;

ret= 0;

}else {

ret= -1;

}

spin_unlock_bh(&inet_proto_lock);

synchronize_net();

returnret;

}

在ip_local_deliver_finish中根据从三层协议头中获取的四层协议类型，从数组inet_protos中取出相应的四层协议net_protocol，执行net_protocol->handler，即将数据包交由四层协议处理。对于udp为udp_rcv；对于tcp为tcp_v4_rcv；对于icmp为icmp_rcv；对于igmp为igmp_rcv。这样即实现了将三层数据包交由上层继续处理。