网络数据包收发流程(一)：从驱动到协议栈(5)

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[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[type&15]上面 list_add_rcu(&pt->list, &ptype_base[hash]);

}

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

list_for_each_entry(pt1, head, list) { if (pt == pt1) {

list_del_rcu(&pt->list); goto out; } }

printk(KERN_WARNING \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[ntohs(type)&15] //处理ptype_base[ntohs(type)&15]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[ntohs(type)&15], 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tcpdump

tcpdump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,

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