Ubuntu 2.6.18 内核数据包游历过程分析
Ubuntu 2.6.18 内核数据包游历过程分析
说明：本文仅分析内核对发往本机数据包的接受到发送过程；）
从NIC上获得数据包首先进入处理函数ip_rcv(),其原形如下：
/*
* Main IP Receive routine
*/
int ip_rcv(struct sk_buff * skb,struct net_device *dev,struct packet_type *pt,struct net_device *orig_dev);
本函数处理过程如下：
if 数据包是其他主机的 then
直接丢弃；
if 该数据包已被其他人引用，则clone一份。如果clone不成功 then
直接丢弃；
if 头部长度<5 || 版本不是4 then
直接丢弃；
if IP头部校验和错误 then
直接丢弃；
清除套接字数据包中的cb成员中的标志信息；
return NF_HOOK(PF_INET, NF_IP_PRE_ROUTING, skb, dev, NULL,ip_rcv_finish);
可以看到，从NIC接收到的数据包，会在钓鱼点NF_IP_PRE_ROUTING被转送至ip_rcv_finish()处理函数，其原形如下：
static inline int ip_rcv_finish(struct sk_buff *skb);
本函数处理过程如下：
首先为该数据包初始化虚路缓存(virtual path cache)，它描述了该数据包在linux networking中的游历过程；
调用ip_route_input()函数进行路由检索； //路由表是一个大的hash表，在该函数内，首先计算hash值并定位到相应的桶中进行路由检索
// if 检索成功 then
// 直接返回；
// if 目的地址为多播地址 then
// 检索MAC-address,获取相对应IP地址
// return ip_route_input_mc(skb, daddr, saddr,tos, dev, our);
// return ip_route_input_slow(skb, daddr, saddr, tos, dev);
return dst_input(skb);
2010-1-14
可以看出，数据包又被传送至dst_input()函数，其原形如下：
/* Input packet from network to transport. */
static inline int dst_input(struct sk_buff *skb)
{
int err;
for (;;) {
err = skb->dst->input(skb);
if (likely(err == 0))
return err;
/* Oh, Jamal... Seems, I will not forgive you this mess. :-) */
if (unlikely(err != NET_XMIT_BYPASS))
return err;
}
}
可以看出，www.6688.cc该处理函数的处理过程很简单，就是一个无限for循环，不断的将数据包传送至函数指针input所指向的处理函数。跟踪可以发现此时的处理函数是ip_forward()、ip_local_deliver()。至于这里是如何确定将数据包传送给哪一个处理函数，暂时先不深究。为了项目需要，这里仅跟踪ip_local_deliver()处理函数。其定义如下：（若时间宽裕，再去跟踪ip_forward()）
/*
* Deliver IP Packets to the higher protocol layers.
*/
int ip_local_deliver(struct sk_buff *skb)
{
/*
* Reassemble IP fragments.
*/
if (skb->nh.iph->frag_off & htons(IP_MF|IP_OFFSET)) {
skb = ip_defrag(skb, IP_DEFRAG_LOCAL_DELIVER);
if (!skb)
return 0;
}
return NF_HOOK(PF_INET, NF_IP_LOCAL_IN, skb, skb->dev, NULL,
ip_local_deliver_finish);
}
可以看出，在该函数中首先判断该数据包是否为其中一个分片(fragment)，若是则调用函数ip_defrag()进行分片重组，否则通过钩子函数NF_HOOK()在钓鱼点NF_IP_LOCAL_IN上，将数据包传送至ip_local_deliver_finish()处理函数。该函数定义如下：
static inline int ip_local_deliver_finish(struct sk_buff *skb);
处理过程如下：
首先通过如下语句：skb->h.raw = skb->data;指向数据包的数据部分；
取出协议hash链表中struct sock结构链表首地址；
如果是原始套接字数据流，则调用raw_v4_input()函数通过如下过程：raw_rcv->raw_rcv_skb->sock_queue_rcv_skb->'skb->rcvbuf'从接受缓冲区中读取数据包，并进行相应处理。否则，(struct sock *)raw_sk = NULL;
if ((ipprot = rcu_dereference(inet_protos[hash])) != NULL) then //这里就是取出相应协议hash链表的地址
int ret = ipprot->handler(skb);//调用handler进行数据包处理
这里handler是函数指针，它定义在struct net_protocol中，此时指向的处理函数是：tcp_v4_rcv
（在文件af_inet.c中进行了如下初始化工作：
static struct net_protocol tcp_protocol = {
.handler = tcp_v4_rcv,
.err_handler = tcp_v4_err,
.gso_send_check = tcp_v4_gso_send_check,
.gso_segment = tcp_tso_segment,
.no_policy = 1,
};)
函数tcp_v4_rcv原型为：
/*
* From tcp_input.c
*/
int tcp_v4_rcv(struct sk_buff *skb);
函数处理过程如下：
if 本机的回环数据包 then
直接丢掉；
if tcp头部错误 then
释放数据包所占的page，并丢弃该数据报；
if skb还没有校验 then
调用tcp_v4_checksum_init(skb)进行校验；
初始化skb->cb中的标志控制信息；//这些标志信息只在数据包在内核游历时起作用，并且此刻起，他会一直存在skb之中，当然中间过程可能会对其进行修改
调用sk=__inet_lookup()首先通过函数__inet_lookup_established()查找已经建立链接的hash表，若找到则直接返回该链接条目信息地址；否则调用inet_lookup_listener()查找监听hash链表，若成功则返回该条目信息地址，否则返回NULL；
if (!sk)
goto no_tcp_socket;
process:
检查数据包状态（超时？）、重置netfilter过滤规则、匹配netfilter规则链；
(执行到这里，说明已经找到了相对应的套接口(established?listener?)。后续处理过程，见如下代码：)
bh_lock_sock_nested(sk);
ret = 0;
if (!sock_owned_by_user(sk)) {
#ifdef CONFIG_NET_DMA
struct tcp_sock *tp = tcp_sk(sk);
if (!tp->ucopy.dma_chan && tp->ucopy.pinned_list)
tp->ucopy.dma_chan = get_softnet_dma();
if (tp->ucopy.dma_chan)
ret = tcp_v4_do_rcv(sk, skb);
else
#endif
{
if (!tcp_prequeue(sk, skb))
ret = tcp_v4_do_rcv(sk, skb);
}
} else
sk_add_backlog(sk, skb);
bh_unlock_sock(sk);
sock_put(sk);
return ret;
no_tcp_socket:
if (!xfrm4_policy_check(NULL, XFRM_POLICY_IN, skb))
goto discard_it;
if (skb->len < (th->doff << 2) || tcp_checksum_complete(skb)) {
bad_packet:
TCP_INC_STATS_BH(TCP_MIB_INERRS);
} else {
tcp_v4_send_reset(skb);
}
discard_it:
/* Discard frame. */
kfree_skb(skb);
return 0;
discard_and_relse:
sock_put(sk);
goto discard_it;
do_time_wait:
if (!xfrm4_policy_check(NULL, XFRM_POLICY_IN, skb)) {
inet_twsk_put((struct inet_timewait_sock *) sk);
goto discard_it;
}
if (skb->len < (th->doff << 2) || tcp_checksum_complete(skb)) {
TCP_INC_STATS_BH(TCP_MIB_INERRS);
inet_twsk_put((struct inet_timewait_sock *) sk);
goto discard_it;
}
switch (tcp_timewait_state_process((struct inet_timewait_sock *)sk,
skb, th)) {
case TCP_TW_SYN: {
struct sock *sk2 = inet_lookup_listener(&tcp_hashinfo,
skb->nh.iph->daddr,
ntohs(th->dest),
inet_iif(skb));
if (sk2) {
inet_twsk_deschedule((struct inet_timewait_sock *)sk,
&tcp_death_row);
inet_twsk_put((struct inet_timewait_sock *)sk);
sk = sk2;
goto process;
}
/* Fall through to ACK */
}
case TCP_TW_ACK:
tcp_v4_timewait_ack(sk, skb);
break;
case TCP_TW_RST:
goto no_tcp_socket;
case TCP_TW_SUCCESS:;
}
goto discard_it;
在上面的处理函数中发现，数据包通过一个名为tcp_v4_do_rcv()的函数传递了下去。下面跟踪这个函数，其原形如下：
int tcp_v4_do_rcv(struct sock *sk, struct sk_buff *skb);
函数处理过程如下：
由于caller在查找hash链表时，有可能返回established链表中条目信息，也可能返回listener链表中的条目信息，所以这里首先判断该数据报的链接状态是否为TCP_ESTABLISHED，若是则调用tcp_rcv_established(sk, skb, skb->h.th, skb->len)函数进行处理。为项目需要，这里不是跟踪的重点，暂时暂停，使执行流继续向下执行。其实这里我应经进行了详尽的跟踪，由于时间关系，这里就先不写了，若时间宽裕，再将其补充上，嘎嘎...
if (skb->len < (skb->h.th->doff << 2) || TCP数据包校验和错误) then
goto csum_err;
if 数据包状态为 TCP_LISTEN then
struct sock *nsk = tcp_v4_hnd_req(sk, skb); //tcp三次握手请求处理函数
if (!nsk) //若nsk指针值为NULL，说明该三次握手过程没有成功，可能的原因是accept链接队列已满！
goto discard;
if (nsk != sk) { //若由tcp_v4_hnd_req返回的hash表相应链表条目地址于caller传进来的条目地址信
//息不同的话,说明已通过inet_csk_clone()生成了新的struct sock，此时则进入
//tcp_child_process()处理函数
if (tcp_child_process(sk, nsk, skb))--> //
goto reset;
return 0;
}
tcp_rcv_state_process(sk, skb, skb->h.th, skb->len); //数据包状态处理函数
这里跟踪三次握手处理过程函数tcp_v4_hnd_req,其原型如下：
static struct sock *tcp_v4_hnd_req(struct sock *sk, struct sk_buff *skb);
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