重构skb包中的检验和的计算

最新推荐文章于 2022-10-25 18:01:36 发布
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文章标签： linux header struct 虚拟机 文档 tcp
本文详细介绍skb包中校验和字段的计算方法，包括skb_checksum、ip_fast_csum及csum_tcpudp_magic三个核心函数的使用，并指出构造skb包时需要注意的问题。

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作者：　和 linux 相关

简介：这是重构skb包中的检验和的计算的详细页面，介绍了和linux,有关的知识、技巧、经验，和一些linux源码等。

   在之前看过那篇对于sk_buff结构介绍的文章后，对skb包中各字段有了比较深的认识吧，这两天又看了如何构造skb包的两个帖子，也在虚拟机上实现了一把，但在这里不讨论实现的具体流程，只说一下在自己构造skb包时各个检验和字段的计算。
   其中主要涉及三个函数：
skb_checksum(const struct sk_buff *skb, int offset,
int len, __wsum csum)
四个参数解释：
skb：不用说了
offset：IP Header长度
len：IP payload长度
csum：0，计算校验和时为0
ip_fast_csum(const void *iph, unsigned int ihl)
iph: ip头部首地址
ihl: ip头部长度/4，也即是iph->ihl字段的值

csum_tcpudp_magic(__be32 saddr, __be32 daddr,
unsigned short len,
unsigned short proto,
__wsum sum)

saddr：源IP
daddr：目的IP
proto：传输协议
sum：IP payload校验和，在使用中我是用的skb->csum字段的值，在网上也见到一种是通过csum_partial（（char *）udph,udp_len,0），感觉上应该跟第一种计算方式是等价的，有待验证。

第一个是计算TCP、UDP payload校验和，也就是skb->csum字段，第二个是计算ip头部检验和，iph->check，后者是计算整个IP payload校验和，也就是tcp->check。
 
在构造流程中的计算如下：
skb->csum = skb_checksum（）
iph->check = ip_fast_csum（）
udph->check = csum_tcpudp_magic（
 
两个注意的问题：
因为校验和不涉及链路层，如果skb是直接从网卡驱动取出来的话，就需要把skb->data设置为iph
在调用skb_checksum以前必须设置udph->check为0。这是协议规定的

 

关于如何重新构造skb包的文档地址如下：

http://linux .chinaunix.net/bbs/viewthread.php ?tid=1152885&extra=page%3D3%26amp%3Bfilter%3Ddigest

http://blog.chinaunix.net/u2/73067/showart_2254716.html

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``` 返回的是移动后的`data`指针（即新的数据起始位置）。 - **示意图**： 初始状态同`skb_put`的初始状态： ``` head end | | v v [-----------------==================] ^ ^ data tail ``` 调用`skb_pull(skb, len)`后： ``` head end | | v v [-----------------==================] ^ ^ data tail ``` 即，`data`向后移动了`len`，有效数据区域从新的`data`开始，长度减少了`len`。 ### 3. 与`skb_reserve`的对比 用户提供的引用[1]中描述了`skb_reserve`函数： - 它在数据缓冲区的头部保留空间（通常用于添加协议头）。 - 指针变化：`data`和`tail`同时向后移动指定的长度（即整个有效数据区域向后移动，在头部留出空白）。 - 注意：它不改变数据包的长度（`len`），因为只是预留空间，还没有添加实际数据。 ### 总结 - `skb_put`：在尾部扩展数据，移动`tail`指针，增加长度。 - `skb_pull`：从头部移除数据，移动`data`指针，减少长度。 - `skb_reserve`：在头部预留空间，同时移动`data`和`tail`指针，不改变长度。 这三个函数都是通过移动指针来调整数据包的有效数据区域，而不需要实际移动内存中的数据，因此效率很高。 ### 代码示例（概念性） ```c // 创建一个sk_buff，假设分配了足够大的缓冲区 struct sk_buff *skb = alloc_skb(size, GFP_KERNEL); // 在头部预留空间（例如为IP头预留） skb_reserve(skb, IP_HEADER_LEN); // 此时：data和tail都指向缓冲区起始位置+IP_HEADER_LEN处，len=0 // 添加TCP负载（假设负载长度为100） unsigned char *payload = skb_put(skb, 100); // 此时：tail向后移动100，len=100 // 现在添加IP头（将预留的空间用起来） skb_push(skb, IP_HEADER_LEN); // 注意：skb_push是另一个函数，在头部添加数据 // 此时：data向前移动IP_HEADER_LEN（回到之前预留的位置），len=100+IP_HEADER_LEN // 当数据包被上层处理时，剥离IP头 skb_pull(skb, IP_HEADER_LEN); // 此时：data向后移动IP_HEADER_LEN（指向TCP头），len=100 ``` 注意：这里提到了`skb_push`，它和`skb_put`类似，但是是在头部添加数据（移动`data`指针向前，并增加长度）。用户的问题虽然没有问`skb_push`，但为了完整性也一并提及。 ### 相关问题 §§相关问题§§ 1. `skb_push`函数是如何操作`sk_buff`指针的？ 2. 如何检查`sk_buff`中头部空间（headroom）和尾部空间（tailroom）的大小？ 3. 在发送数据包时，`skb_reserve`通常用在什么场景？</think>### `skb_put` 和 `skb_pull` 在 Linux 内核 `sk_buff` 中的指针操作详解 在 Linux 内核网络子系统中，`sk_buff` 是管理网络数据包的核心数据结构。`skb_put` 和 `skb_pull` 是两个关键函数，用于操作数据包缓冲区（data buffer）的指针。下面结合 `sk_buff` 结构体的关键字段和用户提供的引用内容进行逐步解析： --- #### 1. `sk_buff` 的关键指针字段 在理解函数行为前，需明确 `sk_buff` 的四个核心指针（如图示）： ```c struct sk_buff { unsigned char *head; // 缓冲区起始地址（固定） unsigned char *data; // 当前协议层数据的起始地址 unsigned char *tail; // 当前有效数据的结束地址 unsigned char *end; // 缓冲区结束地址（固定） unsigned int len; // 当前有效数据长度 }; ``` 数据缓冲区布局： ``` head end | | v v [--------------------------------] // 分配的完整缓冲区 ^ ^ | | data tail |<----- len --->| ``` （`head` 和 `end` 固定，`data` 和 `tail` 随操作移动）[^2] --- #### 2. `skb_put()`：在尾部扩展数据 - **功能**：在数据包**尾部添加新数据**（如添加负载）。 - **指针变化**： - `tail` 向后移动 `len` 字节 - `len` 增加 `len` 字节 - **函数逻辑**（简化）： ```c void *skb_put(struct sk_buff *skb, unsigned int len) { void *tmp = skb->tail; skb->tail += len; // 移动 tail 指针 skb->len += len; // 增加有效数据长度 return tmp; // 返回添加数据的位置 } ``` - **操作示意图**： ``` 初始状态： head data tail end | | | | [------------][有效数据][空闲空间] |<--len-->| 调用 skb_put(skb, X) 后： head data tail end | | | | [------------][有效数据][新数据][空] |<----- len+X ---->| ``` ▶ 仅移动 `tail` 和更新长度，不修改数据内容（由调用者填充新数据）[^1]。 --- #### 3. `skb_pull()`：从头部移除数据 - **功能**：从数据包**头部移除数据**（如剥离协议头）。 - **指针变化**： - `data` 向后移动 `len` 字节 - `len` 减少 `len` 字节 - **函数逻辑**（简化）： ```c void *skb_pull(struct sk_buff *skb, unsigned int len) { skb->data += len; // 移动 data 指针 skb->len -= len; // 减少有效数据长度 return skb->data; // 返回新的数据起始位置 } ``` - **操作示意图**： ``` 初始状态： head data tail end | | | | [空闲空间][协议头][有效数据][空闲] |<----- len ----->| 调用 skb_pull(skb, X) 后（移除协议头）： head data tail end | | | | [空闲空间][协议头][有效数据][空闲] |<--len-X-->| ``` ▶ 仅移动 `data` 指针并更新长度，不实际清除内存[^1]。 --- #### 4. 与 `skb_reserve()` 的对比 用户提供的引用[1]中提到的 `skb_reserve()` 是**预留头部空间**的操作： ```c static inline void skb_reserve(struct sk_buff *skb, unsigned int len) { skb->data += len; skb->tail += len; // 同时移动 data 和 tail } ``` - **区别**： - `skb_reserve`：在缓冲区**头部预留空间**（为后续添加协议头准备），不改变 `len`。 - `skb_put`：在**尾部扩展数据**，增加 `len`。 - `skb_pull`：从**头部移除数据**，减少 `len`。 --- #### 5. 典型工作流示例 发送数据包时的常见操作序列： ```c struct sk_buff *skb = alloc_skb(total_size, GFP_KERNEL); skb_reserve(skb, ETH_HLEN + IP_HLEN); // 预留以太网+IP头空间 skb_put(skb, payload_len); // 添加负载数据 memcpy(skb->data, payload, payload_len); // 填充负载 add_ip_header(skb); // 添加IP头（移动data指针） add_eth_header(skb); // 添加以太网头（移动data指针） dev_queue_xmit(skb); // 发送 ``` 接收数据包时的操作： ```c skb_pull(skb, ETH_HLEN); // 剥离以太网头 skb_pull(skb, IP_HLEN); // 剥离IP头 process_payload(skb->data, skb->len); // 处理负载 ``` --- ### 总结 - `skb_put`：尾部扩展数据 → **`tail` 后移**，**`len` 增加** - `skb_pull`：头部移除数据 → **`data` 后移**，**`len` 减少** - 共同点： - 均通过**指针移动**而非内存拷贝实现高效操作[^1][^2] - 不修改 `head` 和 `end`（缓冲区边界固定） - 操作后需由调用者填充/读取数据 这些操作是 Linux 网络栈高性能的关键设计，避免了数据包处理中的内存复制开销。
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