IPv4输出之概述
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2024-03-12 22:07:56
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IP层的数据包发送过程应该分两个层次来看:
- IP层提供了哪些接口给高层协议(tcp、udp等)使用;
- IP层内部在收到发送数据请求后做了哪些处理,之后如何将数据包发给网卡的;
1. 高层协议发送接口
IP层对外提供了多个发送接口,高层协议会根据需要进行调用,下面对一些常用的接口进行简要的介绍。
1.1 ip_queue_xmit()
int ip_queue_xmit(struct sk_buff *skb, int ipfragok);
该接口主要由tcp使用,tcp的大多数报文的发送也均是由该接口完成。
1.2 ip_build_and_send_pkt()
1.3 ip_send_reply()
1.4 ip_append_data()
该接口主要由udp使用,udp的大多数报文的发送也是由该接口完成。但是tcp的RST报文和ip_send_reply()最终也是调用的该接口。
1.5 ip_push_pending_frames()
实际上,ip_append_data()并不会发送报文,它只是将数据封装到skb中,封装完毕后,需要高层协议自己调用ip_push_pending_frames()将数据包发送给IP层。
2. IP层内部发送过程
上面的发送接口处理完毕后,都会调用ip_local_out()进行报文发送。
2.1 ip_local_out()
int ip_local_out(struct sk_buff *skb)
{
int err;
err = __ip_local_out(skb);
//大多数情况下,这里为何会返回1???
if (likely(err == 1))
err = dst_output(skb);
return err;
}
EXPORT_SYMBOL_GPL(ip_local_out);
int __ip_local_out(struct sk_buff *skb)
{
struct iphdr *iph = ip_hdr(skb);
iph->tot_len = htons(skb->len);
//校验和相关处理
ip_send_check(iph);
//过LOCAL_OUT点,通过后调用dst_output()
return nf_hook(PF_INET, NF_INET_LOCAL_OUT, skb, NULL, skb->dst->dev,
dst_output);
}
2.2 dst_output()
dst_output()本身很简单,如下:
/* Output packet to network from transport. */
static inline int dst_output(struct sk_buff *skb)
{
return skb->dst->output(skb);
}
这里实际上会调用路由查询结果中的output(),对于单播报文(无论是本机,还是转发),该指针指向的实际上是ip_output()。
2.2.1 ip_output()
int ip_output(struct sk_buff *skb)
{
struct net_device *dev = skb->dst->dev;
IP_INC_STATS(IPSTATS_MIB_OUTREQUESTS);
//设置输出设备,和L2报文类型为以太网
skb->dev = dev;
skb->protocol = htons(ETH_P_IP);
//过POST_ROUTING点,通过后,调用ip_finish_out()
return NF_HOOK_COND(PF_INET, NF_INET_POST_ROUTING, skb, NULL, dev,
ip_finish_output,
!(IPCB(skb)->flags & IPSKB_REROUTED));
}
2.3 ip_finish_output()
该函数进行ip层的最后一段逻辑处理,即将报文发送给网卡,但是从下面的代码可以看出,这个过程并不是直接调用网络设备层的dev_queue_xmit(),而是通过邻居子系统间接调用。
static int ip_finish_output(struct sk_buff *skb)
{
...
//如果超过了MTU并且不是GSO场景,那么需要分片,分片后再输出。否则直接输出
if (skb->len > ip_skb_dst_mtu(skb) && !skb_is_gso(skb))
return ip_fragment(skb, ip_finish_output2);
else
return ip_finish_output2(skb);
}
static inline int ip_finish_output2(struct sk_buff *skb)
{
struct dst_entry *dst = skb->dst;
struct rtable *rt = (struct rtable *)dst;
struct net_device *dev = dst->dev;
unsigned int hh_len = LL_RESERVED_SPACE(dev);
if (rt->rt_type == RTN_MULTICAST)
IP_INC_STATS(IPSTATS_MIB_OUTMCASTPKTS);
else if (rt->rt_type == RTN_BROADCAST)
IP_INC_STATS(IPSTATS_MIB_OUTBCASTPKTS);
//如果skb的头部不足以容纳L2的报头,那么重新调整skb的头部空间,并且释放旧的skb
if (unlikely(skb_headroom(skb) < hh_len && dev->header_ops)) {
struct sk_buff *skb2;
skb2 = skb_realloc_headroom(skb, LL_RESERVED_SPACE(dev));
if (skb2 == NULL) {
kfree_skb(skb);
return -ENOMEM;
}
if (skb->sk)
skb_set_owner_w(skb2, skb->sk);
kfree_skb(skb);
skb = skb2;
}
//调用邻居子系统的接口输出
if (dst->hh)
return neigh_hh_output(dst->hh, skb);
else if (dst->neighbour)
return dst->neighbour->output(skb);
//路由有问题,没有找到邻居项,发送失败
if (net_ratelimit())
printk(KERN_DEBUG "ip_finish_output2: No header cache and no neighbour!\n");
kfree_skb(skb);
return -EINVAL;
}
3. 小结
上面介绍的都很简单,并没有将每一步都展开来说,但是从中我们能看到IP层的整个发送过程:
- 高层协议调用提供的接口将skb传给IP层;
- IP层构造首部,根据需要进行分片处理;
- 过LOCAL_OUT点、POST_ROUTING点;
- 调用邻居子系统接口输出给网卡。