網絡資料包收發流程(四)：協定棧之packet_type

進入函數netif_receive_skb()後，skb正式開始協定棧之旅。

先上圖，協定棧大緻過程如下所示：

跟OSI七層模型不同，linux根據包結構對網絡進行分層。

比如，arp頭和ip頭都是緊跟在以太網頭後面的，是以在linux協定棧中arp和ip地位相同(如上圖)

但是在OSI七層模型中，arp屬于鍊路層，ip屬于網絡層.....

這裡就不死摳概念，我們就說arp，ip都屬于第二層。下面是網絡第二層的處理流程

一、相關資料結構

核心處理網絡第二層，有下面2個重要list_head變量（檔案linux_2_6_24/net/core/dev.c)

list_head 連結清單上挂了很多packet_type資料結構

static struct list_head ptype_base[16] __read_mostly; /* 16 way hashed list */

static struct list_head ptype_all __read_mostly; /* Taps */

struct packet_type {

__be16 type; /* This is really htons(ether_type).*/

struct net_device *dev; /* NULL is wildcarded here */

int (*func) (struct sk_buff *,

struct net_device *,

struct packet_type *,

struct net_device *);

struct sk_buff *(*gso_segment)(struct sk_buff *skb, int features);

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

void *af_packet_priv;

struct list_head list;

};

type 成員儲存了二層協定類型，ETH_P_IP、ETH_P_ARP等等

func 成員就是鈎子函數了，如 ip_rcv()、arp_rcv()等等

二、操作packet_type的API

//把packet_type結構挂在與type對應的list_head上面

void dev_add_pack(struct packet_type *pt){

int hash;

spin_lock_bh(&ptype_lock);

if (pt->type == htons(ETH_P_ALL)) //type為ETH_P_ALL時，挂在ptype_all上面

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

else {

hash = ntohs(pt->type) & 15; //否則，挂在ptype_base[type&15]上面

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

}

spin_unlock_bh(&ptype_lock);

}

//把packet_type從list_head上删除

void dev_remove_pack(struct packet_type *pt){

__dev_remove_pack(pt);

synchronize_net();

void __dev_remove_pack(struct packet_type *pt){

struct list_head *head;

struct packet_type *pt1;

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

head = &ptype_all; //找到連結清單頭

else

head = &ptype_base[ntohs(pt->type) & 15]; //

list_for_each_entry(pt1, head, list) {

if (pt == pt1) {

list_del_rcu(&pt->list);

goto out;

}

printk(KERN_WARNING "dev_remove_pack: %p not found.\n", pt);

out:

三、進入二層協定處理函數

int netif_receive_skb(struct sk_buff *skb)

{

//略去一些代碼

rcu_read_lock();

//第一步：先處理 ptype_all 上所有的 packet_type->func()

//所有包都會調func，對性能影響嚴重！核心預設沒挂任何鈎子函數

list_for_each_entry_rcu(ptype, &ptype_all, list) { //周遊ptye_all連結清單

if (!ptype->dev || ptype->dev == skb->dev) { //上面的paket_type.type 為 ETH_P_ALL

if (pt_prev) //對所有包調用paket_type.func()

ret = deliver_skb(skb, pt_prev, orig_dev); //此函數最終調用paket_type.func()

pt_prev = ptype;

//第二步：若編譯核心時選上BRIDGE，下面會執行網橋子產品

//調用函數指針 br_handle_frame_hook(skb), 在動态子產品 linux_2_6_24/net/bridge/br.c中

//br_handle_frame_hook = br_handle_frame;

//是以實際函數 br_handle_frame。

//注意：在此網橋子產品裡初始化 skb->pkt_type 為 PACKET_HOST、PACKET_OTHERHOST

skb = handle_bridge(skb, &pt_prev, &ret, orig_dev);

if (!skb) goto out;

//第三步：編譯核心時選上MAC_VLAN子產品，下面才會執行

//調用 macvlan_handle_frame_hook(skb), 在動态子產品linux_2_6_24/drivers/net/macvlan.c中

//macvlan_handle_frame_hook = macvlan_handle_frame;

//是以實際函數為 macvlan_handle_frame。

//注意：此函數裡會初始化 skb->pkt_type 為 PACKET_BROADCAST、PACKET_MULTICAST、PACKET_HOST

skb = handle_macvlan(skb, &pt_prev, &ret, orig_dev);

if (!skb) goto out;

//第四步：最後 type = skb->protocol; &ptype_base[ntohs(type)&15]

//處理ptype_base[ntohs(type)&15]上的所有的 packet_type->func()

//根據第二層不同協定來進入不同的鈎子函數，重要的有：ip_rcv() arp_rcv()

type = skb->protocol;

list_for_each_entry_rcu(ptype, &ptype_base[ntohs(type)&15], list) {

if (ptype->type == type && //周遊包type所對應的連結清單

(!ptype->dev || ptype->dev == skb->dev)) { //調用連結清單上所有pakcet_type.func()

if (pt_prev)

ret = deliver_skb(skb, pt_prev, orig_dev); //就這裡！arp包會調arp_rcv()

pt_prev = ptype; // ip包會調ip_rcv()

if (pt_prev) {

ret = pt_prev->func(skb, skb->dev, pt_prev, orig_dev);

} else { //下面就是資料包從協定棧傳回來了

kfree_skb(skb); //注意這句，若skb沒進入socket的接收隊列，則在這裡被釋放

ret = NET_RX_DROP; //若skb進入接收隊列，則系統調用取包時skb釋放，這裡skb引用數減一而已

rcu_read_unlock();

return ret;

int deliver_skb(struct sk_buff *skb,struct packet_type *pt_prev, struct net_device *orig_dev){

atomic_inc(&skb->users); //這句不容忽視，與後面流程的kfree_skb()相呼應

return pt_prev->func(skb, skb->dev, pt_prev, orig_dev);//調函數ip_rcv() arp_rcv()等

這裡隻是将大緻流程，arp_rcv(), ip_rcv() 什麼的具體流程，以後再寫。

四、網絡抓包tcpdump

tcpdump也是在二層抓包的，用的是libpcap庫，它的基本原理是

1.先建立socket，核心dev_add_packet()挂上自己的鈎子函數

2.然後在鈎子函數中，把skb放到自己的接收隊列中，

3.接着系統調用recv取出skb來，把資料包skb->data拷貝到使用者空間

4.最後關閉socket，核心dev_remove_packet()删除自己的鈎子函數

下面是一些重要的資料結構，用到的鈎子函數都在這裡初始化好了

static const struct proto_ops packet_ops = {

.family = PF_PACKET,

.owner = THIS_MODULE,

.release = packet_release, //關閉socket的時候調這個

.bind = packet_bind,

.connect = sock_no_connect,

.socketpair = sock_no_socketpair,

.accept = sock_no_accept,

.getname = packet_getname,

.poll = packet_poll,

.ioctl = packet_ioctl,

.listen = sock_no_listen,

.shutdown = sock_no_shutdown,

.setsockopt = packet_setsockopt,

.getsockopt = packet_getsockopt,

.sendmsg = packet_sendmsg,

.recvmsg = packet_recvmsg, //socket收包的時候調這個

.mmap = packet_mmap,

.sendpage = sock_no_sendpage,

static struct net_proto_family packet_family_ops = {

.create = packet_create, //建立socket的時候調這個

.owner = THIS_MODULE,

至于系統調用 socket、recv、close是如何調到這些核心鈎子函數的，以後再講。這裡隻關注packet_type

4.1 系統調用socket

libpcap系統調用socket，核心最終調用 packet_create

static int packet_create(struct net *net, struct socket *sock, int protocol){

po->prot_hook.func = packet_rcv; //初始化鈎子函數指針

po->prot_hook.af_packet_priv = sk;

if (protocol) {

po->prot_hook.type = protocol; //類型是系統調用socket形參指定的

dev_add_pack(&po->prot_hook);//關鍵！！

sock_hold(sk);

po->running = 1;

return(0);

4.2 鈎子函數 packet_rcv 将skb放入到接收隊列

檔案 linux_2_6_24/net/packet/af_packet.c

簡單來說，packet_rcv中，skb越過了整個協定棧，直接進入隊列

4.3 系統調用recv

系統調用recv、read、recvmsg，核心最終會調用packet_recvmsg

從接收隊列中取出skb，将資料包内容skb->data拷貝到使用者空間

4.4 系統調用close

核心最終會調用packet_release

static int packet_release(struct socket *sock){

struct sock *sk = sock->sk;

struct packet_sock *po;

if (!sk) return 0;

po = pkt_sk(sk);

write_lock_bh(&packet_sklist_lock);

sk_del_node_init(sk);

write_unlock_bh(&packet_sklist_lock);

// Unhook packet receive handler.

if (po->running) {

dev_remove_pack(&po->prot_hook); //就是這句！！把packet_type從連結清單中删除

po->running = 0;

po->num = 0;

__sock_put(sk);

packet_flush_mclist(sk);

// Now the socket is dead. No more input will appear.

sock_orphan(sk);

sock->sk = NULL;

/* Purge queues */

skb_queue_purge(&sk->sk_receive_queue);

sk_refcnt_debug_release(sk);

sock_put(sk);

return 0;

----------------------------------------------------------------------------------------------

搜一下核心源代碼，二層協定還真是多。。。

drivers/net/wan/hdlc.c: dev_add_pack(&hdlc_packet_type); //ETH_P_HDLC hdlc_rcv

drivers/net/wan/lapbether.c:

dev_add_pack(&lapbeth_packet_type); //ETH_P_DEC lapbeth_rcv

drivers/net/wan/syncppp.c:

dev_add_pack(&sppp_packet_type); //ETH_P_WAN_PPP sppp_rcv

drivers/net/bonding/bond_alb.c: dev_add_pack(pk_type); //ETH_P_ARP rlb_arp_recv

drivers/net/bonding/bond_main.c:dev_add_pack(pk_type); //PKT_TYPE_LACPDU bond_3ad_lacpdu_recv

drivers/net/bonding/bond_main.c:dev_add_pack(pt); //ETH_P_ARP bond_arp_rcv

drivers/net/pppoe.c: dev_add_pack(&pppoes_ptype); //ETH_P_PPP_SES pppoe_rcv

drivers/net/pppoe.c: dev_add_pack(&pppoed_ptype); //ETH_P_PPP_DISC pppoe_disc_rcv

drivers/net/hamradio/bpqether.c:

dev_add_pack(&bpq_packet_type); //ETH_P_BPQ bpq_rcv

net/ipv4/af_inet.c: dev_add_pack(&ip_packet_type); //ETH_P_IP ip_rcv

net/ipv4/arp.c: dev_add_pack(&arp_packet_type); //ETH_P_ARP arp_rcv

net/ipv4/ipconfig.c: dev_add_pack(&rarp_packet_type); //ETH_P_RARP ic_rarp_recv

net/ipv4/ipconfig.c: dev_add_pack(&bootp_packet_type); //ETH_P_IP ic_bootp_recv

net/llc/llc_core.c: dev_add_pack(&llc_packet_type); //ETH_P_802_2 llc_rcv

net/llc/llc_core.c: dev_add_pack(&llc_tr_packet_type); //ETH_P_TR_802_2 llc_rcv

net/x25/af_x25.c: dev_add_pack(&x25_packet_type); //ETH_P_X25 x25_lapb_receive_frame

net/8021q/vlan.c: dev_add_pack(&vlan_packet_type); //ETH_P_8021Q vlan_skb_recv

這些不同協定的packet_type，有些是linux系統啟動時挂上去的

比如處理ip協定的pakcet_type，就是在 inet_init()時挂上去的

還有些驅動子產品加載的時候才加上去的。

網絡資料包收發流程(四)：協定棧之packet_type

繼續閱讀

Apache (You don't have permission to access / on this server.）

debian9更新4.9.0核心到4.19.2核心過程

centOS7 配置 vsftpd 虛拟使用者及權限Vsftpd配置虛拟使用者及權限

linux-svn解除安裝與安裝

vsftp虛拟多使用者多權限一鍵部署腳本

Ubuntu14.04 LTS下安裝mongodb

httpd服務的部署、啟動、配置和簡單優化一、部署二、啟動三、配置檔案

配置網頁内容通路

手動安裝Intel network I217-LM網卡的Linux驅動

禁止ubuntu系統彈出報錯界面

Ubuntu Linux下Apache的配置檔案

samba伺服器的功能

【Linux】UDP廣播封包接收速率問題

Linux裝置模型（中）之上層容器

PowerPC平台 Linux移植三