Linux内核ARP缓存表格式

文章由LinuxBoy分享于2019-04-01 11:04:45热评（48）

Linux内核ARP缓存表格式

arp_tbl是一个类型为struct neigh_table的全局变量，它是一个ARP的缓存表，也称为邻居表。协议栈通过ARP协议获取到的网络上邻居主机的IP地址与MAC地址的对应关系都会保存在这个表中，以备下次与邻居通讯时使用，同时，ARP模块自身也会提供一套相应的机制来更新和维护这个邻居表。下面逐个分析arp_tbl中的重要成员数据与函数。

entry_size，key_len，kmem_cachep。

entry_size是一个入口的大小，也就是arp_tbl中一个邻居的大小，邻居用struct neighbour结构体表示，该结构体的最后一个成员是u8 primary_key[0]，用于存放IP地址，作为这个邻居的哈希主键。所以entry_size的大小就是sizeof(struct neighbour) + 4，因为是用IP地址作主键，所以key_len就是4。kmem_cachep是一个后备高速缓存，创建一个邻居需要的内存从这个后备高速缓存中去取。

hash_buckets，hash_mask，entries，hash。

hash_buckets是一个哈希数组，里面存放了arp_tbl当前维护的所有的邻居，hash_mask是哈希数组大小的掩码，其初始值为1，所以hash_buckets的初始大小为2(0到hash_mask的空间范围)。entries是整个arp_tbl中邻居的数量，当entries大于hash_mask+1的时候，hash_buckets增长为原来的两部。成员hash是一个哈希函数指针，用于计算哈希值。

phash_buckets，PNEIGH_HASHMASK。

这是用于代理ARP的邻居哈希表，PNEIGH_HASHMASK固定为0xF,所以phash_buckets固定有16项，其它与hash_buckets相同。

id。

id作为这个邻居表的一个名称，是一个字符串信息，内核协议栈的arp_tbl的id是arp_cache。

gc_interval，gc_thresh1，gc_thresh2，gc_thresh3。

gc_thresh3是arp_tbl中允许拥有的邻居数量的上限，一旦超过这个上限，并且表中没有可以清理掉的垃圾邻居，那么就无法创建新的邻居，这个值缺省被置为1024。gc_thresh2是第二个阀值，如果表中的邻居数量超过这个阀值，并且在需要创建新的邻居时，发现已经超过5秒时间表没有被刷新过，则必须立即刷新arp_tbl表，进行强制垃圾回收，这个值缺省被置为512。gc_thresh1的用途暂时还没有发现，它缺省被置为128。gc_interval应该是常规的垃圾回收间隔时间，被缺省置为30秒，但目前在源代码中似乎没有看到它的应用。强制垃圾收集的工作即是把引用计数为1，且状态中没有NUD_PERMANENT的邻居全部从arp_tbl表中删除。

gc_timer。

这是一个常规垃圾回收的定时器，其定时处理函数是neigh_periodic_timer。该定时器超时后，处理函数处理hash_buckets表中的一项，下次超时后，再处理下一项，这里的垃圾回收比强制垃圾回收条件要宽松得多，如果邻居的状态为NUD_PERMANENT或NUD_IN_TIMER(该邻居正在解析中)，则不能回收。当邻居的引用计数为1时，并且邻居状态为NUD_FAILED(解析失败)或者该邻居距最近一次被使用时间已超过参数表中gc_staletime的值(缺省为60秒),则可以作为垃圾回收。回收完毕后，要设置下一次进行回收的时间(gc_timer的超时时间)，下次回收时间为参数表中base_reachable_time的值(缺省设为30秒)的一半，再除以hash_buckets哈希表中的项数。也就是，基本上15秒左右会把整个arp_tbl缓存表进行一次垃圾回收。

proxy_timer，proxy_queue，proxy_redo。

proxy_timer是一个关于代理ARP的定时器，proxy_queue是一个待处理的代理ARP数据包的队列，每次定时器超时，处理函数neigh_proxy_process依次检查队列中每一个代理ARP数据包(struct sk_buff)，对于超时，且满足相关条件的，调用proxy_redo进行处理。有关代理ARP，将专门分析讲述，这里暂时略过。

constructor。

这是一个邻居的初始化函数指针，每次创建出一个邻居后，需要马上调用这个函数对新创建的邻居进行一些初始化操作。邻居创建完，已经被赋于一个IP地址(邻居结构体的primary_key成员)，该函数首先根据这个IP地址来确定其地址类型，然后为邻居选择相应的操作函数集(初始化邻居结构体的一些成员，在讲到邻居结构体内容时再进行分析)。

pconstructor，pdestructor。

这是代理ARP的邻居的构建和析构函数指针，在IPv4模块中，未提供这两个函数，所以它们的指针值为空。

parms。

这是一个结构体struct neigh_parms的链表，系统中每个网络设备接口对应链表中一个节点，表示该设备接口上的邻居的一些传输参数。同时，链表中还有一个缺省的项。

last_rand，hash_rand

这两个成员其实没有联系，hash_rand是用于邻居哈希表hash_buckets的一个随机数，last_rand用于记录一个时间，即上次为parms链表中每个节点生成reachable_time的时间，reachable_time是需要被定时刷新的。

stats。

记录arp_tbl被操作次数的一些统计数据。

结构体struct neigh_table是一个哈希表，用于描述物理上互相连接的机器的信息。ARP缓存myarp_tbl就是这样的一个结构。在分析ARP相关的初始化之前，我们先来看一下这个结构体：

truct neigh_table

{

struct neigh_table *next;

int family;

int entry_size;

int key_len;

__u32 (*hash)(const void *pkey, const struct net_device *);

int (*constructor)(struct neighbour *);

int (*pconstructor)(struct pneigh_entry *);

void (*pdestructor)(struct pneigh_entry *);

void (*proxy_redo)(struct sk_buff *skb);

char *id;

struct neigh_parms parms;

/* HACK. gc_* shoul follow parms without a gap! */

int gc_interval;

int gc_thresh1;

int gc_thresh2;

int gc_thresh3;

unsigned long last_flush;

struct timer_list gc_timer;

struct timer_list proxy_timer;

struct sk_buff_head proxy_queue;

atomic_t entries;

rwlock_t lock;

unsigned long last_rand;

kmem_cache_t *kmem_cachep; struct neigh_statistics *stats; struct neighbour **hash_buckets; unsigned int hash_mask;

__u32 hash_rnd;

unsigned int hash_chain_gc;

struct pneigh_entry **phash_buckets;

#ifdef CONFIG_PROC_FS

struct proc_dir_entry *pde;

#endif

};

entry_size是一个入口的长度，一个入口代表一个neighbour的信息,hash_buckets即为存放所有邻居的一个哈希数组，每一项对应一条neighbour链表。struct neighbour用于代表一个neighbour，包含了其信息，下面是其重要的一些成员：

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