ptype_base和ptype_all理解，netid_receive_skb()函数注解

在数据包接收过程的那篇笔记中可以知道,在数据包的处理函数netif_receive_skb中,会先看ptype_all中是否有注册的协议,如果有,则调用相应的处理函数,然后再到ptype_base中,找到合适的协议,将skb发送到相关协议的处理函数.比如ip协议(ip_rcv)或者arp(arp_rcv)等等.此篇笔记讲的是有关ptype_all和ptype_base的相关知识点.

ptype_base和ptype_all在内核中存储的情况如下图:



可以看到,ptype_base为一个hash表,而ptype_all为一个双向链表.每一个里面注册的协议都用一个struct packet_type表示.

struct packet_type
{
unsigned short type; /*协议类型*/
struct net_device *dev;
int (*func) (struct sk_buff *, struct net_device *,
struct packet_type *);
void *data; /* Private to the packet type */
struct packet_type *next;
};
其中需要注意的是dev参数,此参数表明了协议只处理来自dev指向device的数据,当dev=NULL时,表示该协议处理来自所有device的数据.这样,当注册自己的协议时,就可以指定自己想要监听或者接收的device.
其中注册和注销协议的函数为:
dev_add_pack(...)和dev_remove_pack(...)
这两个函数很简单,分别如下:
void dev_add_pack(struct packet_type *pt)
{
int hash;
br_write_lock_bh(BR_NETPROTO_LOCK);
#ifdef CONFIG_NET_FASTROUTE
/* Hack to detect packet socket */
if ((pt->data) && ((int)(pt->data)!=1)) {
netdev_fastroute_obstacles++;
dev_clear_fastroute(pt->dev);
}
#endif
if (pt->type == htons(ETH_P_ALL)) {
netdev_nit++;
pt->next=ptype_all;
ptype_all=pt;
} else {
hash=ntohs(pt->type)&15;
pt->next = ptype_base[hash];
ptype_base[hash] = pt;
}
br_write_unlock_bh(BR_NETPROTO_LOCK);
}
此函数判断协议类型,然后加到ptype_base或者ptype_all中.
void dev_remove_pack(struct packet_type *pt)
{
struct packet_type **pt1;
br_write_lock_bh(BR_NETPROTO_LOCK);
if (pt->type == htons(ETH_P_ALL)) {
netdev_nit--;
pt1=&ptype_all;
} else {
pt1=&ptype_base[ntohs(pt->type)&15];
}
for (; (*pt1) != NULL; pt1 = &((*pt1)->next)) {
if (pt == (*pt1)) {
*pt1 = pt->next;
#ifdef CONFIG_NET_FASTROUTE
if (pt->data)
netdev_fastroute_obstacles--;
#endif
br_write_unlock_bh(BR_NETPROTO_LOCK);
return;
}
}
br_write_unlock_bh(BR_NETPROTO_LOCK);
printk(KERN_WARNING "dev_remove_pack: %p not found.\n", pt);
}
此函数也很简单,只是把协议从相关的链表中移除.
下面以ip协议为例子来看看相关的实现:
ip协议结构体的定义如下:
static struct packet_type ip_packet_type =
{
__constant_htons(ETH_P_IP),
NULL, /* All devices */
ip_rcv,
(void*)1,
NULL,
};
当ipv4协议栈初始化时,会调用ip_init.之后,所有协议类型为ETH_P_IP的包都会交由ip_rcv处理.代码如下:
void __init ip_init(void)
{
dev_add_pack(&ip_packet_type);
ip_rt_init();
inet_initpeers();
#ifdef CONFIG_IP_MULTICAST
proc_net_create("igmp", 0, ip_mc_procinfo);
#endif
}
这样在系统启动之后,ip协议便被注册到ptype_base链表中,相应的处理函数为ip_rcv.
arp协议和其他类型的协议(在ptype_base或者ptype_all中的)的执行过程同理.
本人初学网络,水平很菜,如有错误,希望看到的朋友们及时指出,不胜感激.
ps1:记得刚来实验室的时候,做的截包模块的第一种方法是用的netfilter,第二种方法主要就是用到的这块知识.现在总结起来,觉得还算简单,当初却用了很长时间,想想,真是难者不会,会者不难啊.今天看书的时候,好像又发现了另外一种方法可以实现我的要求,记录在ps2上.
ps2:在数据链路层截包的另一种方法:用PF_PACKET socket type.linux可以用此类型套节字直接从链路层截获或者注入数据.发送数据时,直接发送到dev_queue_xmit.而接收函数时,可以在数据包通过路由之前截获到.如tcpdump和Ethereal都是用到了此套接字.那么总结起来可以看出,截获数据包至少可以有三种方法实现,第一种的netfilter是在协议栈中截获数据包,而利用ptype_all或者ptype_base和后面这种套节字的方法是在链路层截获数据包.

//当网络设备收到网络数据包时，最终会在软件中断环境里调用此函数

//当网络设备收到网络数据包时，最终会在软件中断环境里调用此函数  

int netif_receive_skb(struct sk_buff *skb)
{
//ptype_all 用于sniffer这样的程序
// 发送一份拷贝给这些注册的sniffer程序
list_for_each_entry_rcu(ptype, &ptype_all, list) {
if (!ptype->dev || ptype->dev == skb->dev) {
if (pt_prev)
ret = deliver_skb(skb, pt_prev, orig_dev);
pt_prev = ptype;
}
}
// 内核编译开Bridge_config,则将该数据包让网桥函数来处理，否则handle_bridge定义为空操作，
// 返回skb，让协议栈来处理上层协议。
skb = handle_bridge(skb, &pt_prev, &ret, orig_dev);
if (!skb)
goto out;

skb = handle_macvlan(skb, &pt_prev, &ret, orig_dev);
if (!skb)
goto out;
//对该数据包转达到其他L3协议的处理函数
type = skb->protocol;
list_for_each_entry_rcu(ptype, &ptype_base[ntohs(type)&15], list) {
if (ptype->type == type &&
(!ptype->dev || ptype->dev == skb->dev)) {
if (pt_prev)
ret = deliver_skb(skb, pt_prev, orig_dev);
pt_prev = ptype;
}
}
}

netif_receive_skb()的主要作用体现在两个遍历链表的操作中，其中之一为遍历ptype_all 链，这些为注册到内核的一些 sniffer，将上传给这些sniffer，另一个就是遍历 ptype_base，这个就是具体的协议类型。当 eth1 接收到一个IP数据包时，它首先分别发送一份副本给每个 ptype_all 链表中的 packet_type，它们都由 package_rcv 处理，然后再根据HASH 值，在遍历另一个HASH 表时，发送一份给类型为 ETH_P_IP 的类型，它由 ip_rcv处理。如果这个链中还注册有其它 IP层的协议，它也会同时发送一个副本给它。