网络数据包收发流程：协议栈之packet_type
本帖最后由 dwg33 于 2015-11-6 12:18 编辑跟OSI七层模型不同，linux根据包结构对网络进行分层。比如，arp头和ip头都是紧跟在以太网头后面的，所以在linux协议栈中arp和ip地位相同(如上图)但是在OSI七层模型中，arp属于链路层，ip属于网络层..... 这里就不死抠概念，我们就说arp，ip都属于第二层。下面是网络第二层的处理流程一、相关数据结构内核处理网络第二层，有下面2个重要list_head变量 （文件linux_2_6_24/net/core/dev.c)list_head 链表上挂了很多packet_type数据结构static struct list_head ptype_base __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 成员保存了二层协议类型，ETH_P_IP、ETH_P_ARP等等func 成员就是钩子函数了，如 ip_rcv()、arp_rcv()等等二、操作packet_type的API//把packet_type结构挂在与type对应的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为ETH_P_ALL时，挂在ptype_all上面 list_add_rcu(&pt->list, &ptype_all); else { hash = ntohs(pt->type) & 15; //否则，挂在ptype_base上面 list_add_rcu(&pt->list, &ptype_base); } spin_unlock_bh(&ptype_lock);}//把packet_type从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; spin_lock_bh(&ptype_lock); if (pt->type == htons(ETH_P_ALL)) head = &ptype_all; //找到链表头 else head = &ptype_base; // 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: spin_unlock_bh(&ptype_lock);}三、进入二层协议处理函数int netif_receive_skb(struct sk_buff *skb){ //略去一些代码 rcu_read_lock(); //第一步：先处理 ptype_all 上所有的 packet_type->func() //所有包都会调func，对性能影响严重！内核默认没挂任何钩子函数 list_for_each_entry_rcu(ptype, &ptype_all, list) {//遍历ptye_all链表 if (!ptype->dev || ptype->dev == skb->dev) { //上面的paket_type.type 为 ETH_P_ALL if (pt_prev) //对所有包调用paket_type.func() ret = deliver_skb(skb, pt_prev, orig_dev); //此函数最终调用paket_type.func() pt_prev = ptype; } } //第二步：若编译内核时选上BRIDGE，下面会执行网桥模块 //调用函数指针 br_handle_frame_hook(skb), 在动态模块 linux_2_6_24/net/bridge/br.c中 //br_handle_frame_hook = br_handle_frame; //所以实际函数 br_handle_frame。 //注意：在此网桥模块里初始化 skb->pkt_type 为 PACKET_HOST、PACKET_OTHERHOST skb = handle_bridge(skb, &pt_prev, &ret, orig_dev); if (!skb) goto out; //第三步：编译内核时选上MAC_VLAN模块，下面才会执行 //调用 macvlan_handle_frame_hook(skb), 在动态模块linux_2_6_24/drivers/net/macvlan.c中 //macvlan_handle_frame_hook = macvlan_handle_frame; //所以实际函数为 macvlan_handle_frame。 //注意：此函数里会初始化 skb->pkt_type 为 PACKET_BROADCAST、PACKET_MULTICAST、PACKET_HOST skb = handle_macvlan(skb, &pt_prev, &ret, orig_dev); if (!skb)goto out; //第四步：最后 type = skb->protocol; &ptype_base //处理ptype_base上的所有的 packet_type->func() //根据第二层不同协议来进入不同的钩子函数，重要的有：ip_rcv() arp_rcv() type = skb->protocol; list_for_each_entry_rcu(ptype, &ptype_base, list) { if (ptype->type == type && //遍历包type所对应的链表 (!ptype->dev || ptype->dev == skb->dev)) {//调用链表上所有pakcet_type.func() if (pt_prev) ret = deliver_skb(skb, pt_prev, orig_dev); //就这里！arp包会调arp_rcv() pt_prev = ptype; // ip包会调ip_rcv() } } if (pt_prev) { ret = pt_prev->func(skb, skb->dev, pt_prev, orig_dev); } else { //下面就是数据包从协议栈返回来了 kfree_skb(skb); //注意这句，若skb没进入socket的接收队列，则在这里被释放 ret = NET_RX_DROP; //若skb进入接收队列，则系统调用取包时skb释放，这里skb引用数减一而已 }out: 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); //这句不容忽视，与后面流程的kfree_skb()相呼应 return pt_prev->func(skb, skb->dev, pt_prev, orig_dev);//调函数ip_rcv() arp_rcv()等}这里只是将大致流程，arp_rcv(), ip_rcv() 什么的具体流程，以后再写。四、网络抓包tcpdumptcpdump也是在二层抓包的，用的是libpcap库，它的基本原理是1.先创建socket，内核dev_add_packet()挂上自己的钩子函数2.然后在钩子函数中，把skb放到自己的接收队列中，3.接着系统调用recv取出skb来，把数据包skb->data拷贝到用户空间4.最后关闭socket，内核dev_remove_packet()删除自己的钩子函数下面是一些重要的数据结构，用到的钩子函数都在这里初始化好了static const struct proto_ops packet_ops = { .family = PF_PACKET, .owner = THIS_MODULE, .release = packet_release, //关闭socket的时候调这个 .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收包的时候调这个 .mmap = packet_mmap, .sendpage = sock_no_sendpage,};static struct net_proto_family packet_family_ops = { .family = PF_PACKET, .create = packet_create, //创建socket的时候调这个 .owner = THIS_MODULE,};至于系统调用 socket、recv、close是如何调到这些内核钩子函数的，以后再讲。这里只关注packet_type4.1 系统调用socketlibpcap系统调用socket，内核最终调用 packet_createstatic int packet_create(struct net *net, struct socket *sock, int protocol){ po->prot_hook.func = packet_rcv; //初始化钩子函数指针 po->prot_hook.af_packet_priv = sk; if (protocol) { po->prot_hook.type = protocol;//类型是系统调用socket形参指定的 dev_add_pack(&po->prot_hook);//关键！！ sock_hold(sk); po->running = 1; } return(0);}4.2 钩子函数 packet_rcv 将skb放入到接收队列文件 linux_2_6_24/net/packet/af_packet.c简单来说，packet_rcv中，skb越过了整个协议栈，直接进入队列4.3 系统调用recv系统调用recv、read、recvmsg，内核最终会调用packet_recvmsg从接收队列中取出skb，将数据包内容skb->data拷贝到用户空间4.4 系统调用close内核最终会调用packet_releasestatic 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); //就是这句！！把packet_type从链表中删除 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;}----------------------------------------------------------------------------------------------搜一下内核源代码，二层协议还真是多。。。drivers/net/wan/hdlc.c: dev_add_pack(&hdlc_packet_type);//ETH_P_HDLC hdlc_rcvdrivers/net/wan/lapbether.c: dev_add_pack(&lapbeth_packet_type); //ETH_P_DEC lapbeth_rcvdrivers/net/wan/syncppp.c: dev_add_pack(&sppp_packet_type); //ETH_P_WAN_PPP sppp_rcvdrivers/net/bonding/bond_alb.c:dev_add_pack(pk_type); //ETH_P_ARP rlb_arp_recvdrivers/net/bonding/bond_main.c:dev_add_pack(pk_type);//PKT_TYPE_LACPDU bond_3ad_lacpdu_recvdrivers/net/bonding/bond_main.c:dev_add_pack(pt); //ETH_P_ARP bond_arp_rcvdrivers/net/pppoe.c: dev_add_pack(&pppoes_ptype); //ETH_P_PPP_SES pppoe_rcvdrivers/net/pppoe.c: dev_add_pack(&pppoed_ptype); //ETH_P_PPP_DISCpppoe_disc_rcvdrivers/net/hamradio/bpqether.c: dev_add_pack(&bpq_packet_type); //ETH_P_BPQ bpq_rcvnet/ipv4/af_inet.c:dev_add_pack(&ip_packet_type); //ETH_P_IP ip_rcvnet/ipv4/arp.c: dev_add_pack(&arp_packet_type); //ETH_P_ARP arp_rcvnet/ipv4/ipconfig.c:dev_add_pack(&rarp_packet_type);//ETH_P_RARP ic_rarp_recvnet/ipv4/ipconfig.c:dev_add_pack(&bootp_packet_type); //ETH_P_IP ic_bootp_recvnet/llc/llc_core.c: dev_add_pack(&llc_packet_type); //ETH_P_802_2 llc_rcvnet/llc/llc_core.c: dev_add_pack(&llc_tr_packet_type);//ETH_P_TR_802_2llc_rcvnet/x25/af_x25.c:dev_add_pack(&x25_packet_type); //ETH_P_X25 x25_lapb_receive_framenet/8021q/vlan.c:dev_add_pack(&vlan_packet_type); //ETH_P_8021Q vlan_skb_recv这些不同协议的packet_type，有些是linux系统启动时挂上去的比如处理ip协议的pakcet_type，就是在 inet_init()时挂上去的还有些驱动模块加载的时候才加上去的。 路过了解一下 华为将向韩国平昌奥运会提供网络设备 华为将向韩国平昌奥运会提供网络设备 华为将向韩国平昌奥运会提供网络设备
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