IP 层收发报文简要剖析2--ip报文的输入ip_local_deliver

Posted 2021-11-29 codestack

ip报文根据路由结果：如果发往本地则调用ip_local_deliver处理报文；如果是转发出去，则调用ip_forward
处理报文。

一、ip报文转发到本地：

/*
 *     Deliver IP Packets to the higher protocol layers.
 */
  /*
  * 在ip_route_input_noref进行路由选择后，如果接收的包
  * 是发送给本机，则调用ip_local_deliver来传递给上层协议
  */
int ip_local_deliver(struct sk_buff *skb)
{
    /*
     *    Reassemble IP fragments.
     */
    struct net *net = dev_net(skb->dev);
/* 
         * frag_off是16位，其中高3位用作标志位，
         * 低13位才是真正的偏移量.
         * 内核可通过设置的分片标识位或非0
         * 的分片偏移量识别分片的分组。偏移
         * 量字段为0，表明这是分组的最后一个分片。
         * 
         * 如果接收到的IP数据包时分片，则调用
         * ip_defrag()进行重组，其标志位IP_DEFRAG_LOCAL_DELIVER。
         */
    if (ip_is_fragment(ip_hdr(skb))) {
         /*
        * 重新组合分片分组的各个部分。
        * 
        * 如果ip_defrag()返回非0，则表示IP数据包分片
        * 尚未到齐，重组没有完成，或者出错，直接
        * 返回。为0，则表示已完成IP数据包的重组，
        * 需要传递到传输层进行处理。
        */
        if (ip_defrag(net, skb, IP_DEFRAG_LOCAL_DELIVER))
            return 0;
    }
  /*
     * 经过netfilter处理后，调用ip_local_deliver_finish()，
     * 将组装完成的IP数据包传送到传输层处理
     */
    return NF_HOOK(NFPROTO_IPV4, NF_INET_LOCAL_IN,
               net, NULL, skb, skb->dev, NULL,
               ip_local_deliver_finish);
}

 

//从这里进入L4传输层
/*
 * ip_local_deliver_finish()将输入数据包从网络层传递
 * 到传输层。过程如下:
 * 1)首先，在数据包传递给传输层之前，去掉IP首部
 * 2)接着，如果是RAW套接字接收数据包，则需要
 * 复制一份副本，输入到接收该数据包的套接字。
 * 3)最后，通过传输层的接收例程，将数据包传递
 * 到传输层，由传输层进行处理。
 */
 /* 
 ip 层处理报文过程中，回复制一份报文到raw_socket中去；有的是IPPROTO_TCP/IPPROTO_RAW
 当 socket(AF_INET, SOCK_RAW, IPPROTO_RAW)时，它会接收所有协议的数据包，并且
IP_HDRINCL 是默认打开的，即是说应用层要提供 L3 和 L4 层的头。再如，如果是
IPPROTO_TCP 时，它只接收到 TCP 包。而 IP_HDRINCL 是默认不打开的，即系统会处理 L3
的头部
*/
static int ip_local_deliver_finish(struct net *net, struct sock *sk, struct sk_buff *skb)
{
/*
     * 在数据包传递给传输层之前，先去掉
     * IP首部。
     */
    __skb_pull(skb, skb_network_header_len(skb));

    rcu_read_lock();
    {
        int protocol = ip_hdr(skb)->protocol;
        const struct net_protocol *ipprot;
        int raw;
/*
         * 处理RAW套接字，先根据传输层协议号
         * 得到哈希值，然后查看raw_v4_htable散列表
         * 中以该值为关键字的哈希桶是否为空，
         * 如果不为空，则说明创建了RAW套接字，
         * 复制该数据包的副本输入到注册到
         * 该桶中的所有套接字。
         */
         /*
ip_local_deliver_finish函数会先检查哈希表raw_v4_htable。
因为在创建 socket时，inet_create会把协议号IPPROTO_ICMP的值赋给socket的成员num，
并以num为键值，把socket存入哈 项表raw_v4_htable?瑀aw_v4_htable[IPPROTO_ICMP&(MAX_INET_PROTOS-1)]上即存放了 这个socket，实际上是一个socket的链表，
如果其它还有socket要处理这个回显应答，也会被放到这里，组成一个链 表，
ip_local_deliver_finish收到数据报后，取出这个socket链表(目前实际上只有一项)，
调用raw_v4_input，把 skb交给每一个socket进行处理。
然后，还需要把数据报交给inet_protos[IPPROTO_ICMP& (MAX_INET_PROTOS-1)]，即icmp_rcv处理，
因为对于icmp报文，每一个都是需要经过协议栈处理的，
但对回显应 答，icmp_rcv只是简单丢弃，并未实际处理。
*/
    resubmit:
    //之前开巨帧的时候，icmp不通就是在这里面的函数中sock_queue_rcv_skb丢的
        raw = raw_local_deliver(skb, protocol);
//如果是raw套接字，则则该函数里面会复制一份skb，然后送到  ，例如用ping 1.2.2.2的时候，会走这里面，不会走icmp_recv*/
        ipprot = rcu_dereference(inet_protos[protocol]);
        if (ipprot) {
            int ret;
/*
         * 通过查找inet_portos数组，确定是否
         * 注册了与IP首部中传输层协议号
         * 一致的传输层协议。若查找命中，
         * 则执行对应的传输层协议例程。
         */
            if (!ipprot->no_policy) {
                if (!xfrm4_policy_check(NULL, XFRM_POLICY_IN, skb)) {
                    kfree_skb(skb);
                    goto out;
                }
                nf_reset(skb);
            }
            ret = ipprot->handler(skb);//这里面会进入udp tcp传输层
            if (ret < 0) {
                protocol = -ret;
                goto resubmit;
            }
            __IP_INC_STATS(net, IPSTATS_MIB_INDELIVERS);
        } else {
            if (!raw) {
                /*
             * 如果没有响应的协议传输层接收该数据包，
             * 则释放该数据包。在释放前，如果是RAW
             * 套接字没有接收或接收异常，则还需产生
             * 一个目的不可达ICMP报文给发送方。表示该包raw没有接收并且inet_protos中没有注册该协议
             */
                if (xfrm4_policy_check(NULL, XFRM_POLICY_IN, skb)) {
                    __IP_INC_STATS(net, IPSTATS_MIB_INUNKNOWNPROTOS);
                    icmp_send(skb, ICMP_DEST_UNREACH,
                          ICMP_PROT_UNREACH, 0);
                }
                kfree_skb(skb);
            } else {
                __IP_INC_STATS(net, IPSTATS_MIB_INDELIVERS);
                consume_skb(skb);
            }
        }
    }
 out:
    rcu_read_unlock();

    return 0;
}

 ipprot = rcu_dereference(inet_protos[protocol]);
  if (ipprot){.........}

它首先查找 inet_protos 数组，看有没有相关的注册的协议，如果有，则执行它的处理例程
在 inet_init()的时候，系统会注册几个常用的 L4 层协议：

if (inet_add_protocol(&icmp_protocol, IPPROTO_ICMP) < 0)
    printk(KERN_CRIT "inet_init: Cannot add ICMP protocol\n");
if (inet_add_protocol(&udp_protocol, IPPROTO_UDP) < 0)
    printk(KERN_CRIT "inet_init: Cannot add UDP protocol\n");
if (inet_add_protocol(&tcp_protocol, IPPROTO_TCP) < 0);
    printk(KERN_CRIT "inet_init: Cannot add TCP protocol\n");
其中，协议的结构如下：
/* This is used to register protocols. */
struct net_protocol {
    void            (*early_demux)(struct sk_buff *skb);
      /* 分组将传递到该函数进行进一步处理*/
    /*
     * 传输层协议数据包接收处理函数指针，当网络层接收IP数据包
     * 之后，根据IP数据包所指示传输层协议，调用对应传输层
     * net_protocol结构的该例程接收报文。
     * TCP协议的接收函数为tcp_v4_rcv()，UDP协议的接收函数为
     * udp_rcv()，IGMP协议为igmp_rcv()，ICMP协议为icmp_rcv()。
     */
    int            (*handler)(struct sk_buff *skb);
       /* 
        * 在接收到ICMP错误信息并需要传递到更高层时，
        * 调用该函数
        */
    /*
     * 在ICMP模块中接收到差错报文后，会解析差错报文，并根据
     * 差错报文中原始的IP首部，调用对应传输层的异常处理
     * 函数err_handler。TCP协议为tcp_v4_err()，UDP为
     * udp_err()，IGMP则无。
     */
    void            (*err_handler)(struct sk_buff *skb, u32 info);
       /*
     * no_policy标识在路由时是否进行策略路由。TCP和UDP默认不进行
     * 策略路由。
     */
    unsigned int        no_policy:1,
                netns_ok:1,
                /* does the protocol do more stringent
                 * icmp tag validation than simple
                 * socket lookup?
                 */
                icmp_strict_tag_validation:1;
};

 

关键之处在于 handler 域，它用于将数据包上传给 L4 层处理

以tcp协议为为例：

/*ipv4_specific是TCP传输层到网络层数据发送以及TCP建立过程的真正OPS，
在tcp_prot->init中被赋值给inet_connection_sock->icsk_af_ops
这里面有每种协议传输层的接收函数，后面的inetsw_array那几行是套接口层的相关函数
 在函数中执行handler,见函数ip_local_deliver_finish
family协议族通过sock_register注册  传输层接口tcp_prot udp_prot netlink_prot等通过proto_register注册   
IP层接口通过inet_add_protocol(&icmp_protocol等注册 ，这些组成过程参考inet_init函数
IP层处理完后(包括ip_local_deliver_finish和icmp_unreach)，走到这里，
这是IP层和传输层的邻借口，然后在由这里走到tcp_prot udp_prot raw_prot
这些是传输层的接收处理过程，传输层和套接口层的处理过程需
要使用udp_prot tcp_prot raw_prot过渡到socket层，处理过程参考inetsw_array
*/static const struct net_protocol tcp_protocol = {
    .early_demux    =    tcp_v4_early_demux,
    .handler    =    tcp_v4_rcv,/*当接收到报文后，ip层处理完后
    在ip_local_deliver_finish 函数中ret = ipprot->handler(skb);走到这里          
    从这里面跳转到tcp_prot*/
    .err_handler    =    tcp_v4_err,/*icmp_unreach当收到ICMP差错报文后，
    如果引起差错的是TCP包就走到该函数*/
    .no_policy    =    1,
    .netns_ok    =    1,
    .icmp_strict_tag_validation = 1,
};