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分析数据在协议栈底层的流程

归档日期:07-02       文本归类:栈底      文章编辑:爱尚语录

  分析数据在协议栈底层的流程:当网卡收到数据后,产生硬件中断,由中断处理程序(一般为网卡驱动程序所注册)从网卡内读取数据,并封装称sk_buff{}结构,然后把这些数据传递给函数netif_rx()进行进一步的处理。

  在函数net_rx_action()中根据数据包的协议类型,调用相应的处理函数。对于IP包,处理函数是ip_rcv()。

  函数ip_rcv()对IP包进行了一系列必要的检查(包括检查校验和),最终调用函数ip_rcv_finish()对数据包进行向上传输。

  函数ip_rcv_finish()首先调用函数ip_route_input()获取路由,检测该包是发给本机的还是要进行转发的,如果要进行转发,则调用调用函数ip_forward()进行转发,否则调用函数ip_local_deliver()进一步向上传递数据包。

  在函数ip_local_deliver_finish()中,会检查是否有匹配协议(如根据IP头判断我们的数据包是TCP包,则要判断是否有接收TCP包的原始套接口。当然,如果有接收所有IP包的原始套接口存在也是可以的)的原始套接口。如果有,则调用函数raw_v4_input()进行处理。

  在函数raw_v4_input()中,要进一步进行匹配,这次匹配的依据有四个,依次是:协议、源地址、目的地址和接收接口。分别对每一个匹配成功的原始套接口调用函数raw_rcv()传递一个克隆的以sk_buff{}为结构的数据包。

  在这个函数中首先判断套接口状态,如果是TCP_CLOSE的话,就退出。然后有对参数进行了一些常规检查。同时,如果发现要绑定的地址是广播或多播的话,也会退出。如果通过了这些检查,就进行一些赋值操作,将用户要绑定的地址赋值到sk-rcv_saddr和sk-saddr中,即:

  注意,这里没有对端口做任何操作,即使用户指定了要绑定的端口,内核也不予理睬。

  从原始套接口的创建一节中给出的structproto结构可以看出,原始套接口的连接其实调用的是函数udp_connect(),好兴奋,终于见到了不那么原始的东西了。

  在这个函数中,首先对用户的参数进行了一些检查。当然,它也检查了用户指定的网域是否是AF_INET,如果不是,会返回一个EAFNOSUPPORT错误。

  然后,该函数调用了函数ip_route_connect()来获取一个到目的地址的路由,如果失败,也会返回错误。

  它检查了套接口是否指定了源地址,如果没有指定,则将寻找到的路由的源地址赋值给这个套接口的源地址,即:

  其中sk代表我们套接口的sock{}结构,rt代表我们找到的路由,是一个structrtable{}结构。

  最后,就是将目的地址和目的端口赋值到我们的套接口的指定字段中,同时更新套接口状态,即:

  根据上面的经验,原始套接口的关闭应该调用函数raw_close(),这个函数只是简单的调用了函数ip_ra_control(),在函数ip_ra_control()中,将该套接口从链表ip_ra_chain中删除,然后释放到该套接口占用的所有空间。

  可以对原始套接口调用bind函数,但并不常用。该函数仅用来设置本地地址。对于一个原始套接口而言,端口号是没有意义的。当进行输出的时候,bind设置在原始套接口上所发送的数据报中将要用到的源IP地址(仅当IP_HDRINCL套接口选项未设置时);若不调用bind,则由内核将源IP地址设成外出接口的主IP地址。

  在原始套接口上可调用connect函数,但也不常用。connect函数仅设置目的地址。再重申一遍:端口号对原始套接口而言没有意义。对于输出而言,调用connect之后,由于目的地址已经指定,我们可以调用write或send,而不是sendto了。

  1)普通输出通常通过sendto或sendmsg并指定目的IP地址来完成,如果套接口已经连接,也可以调用write、writev或send。

  2)如果IP_HDRINCL选项未设置,则内核写的数据起始地址是IP头部之后的第一个字节。因为这种情况下,内核将构造IP头部,并将它安在来自进程数据之前。内核将IPv4头部的协议字段设置成用户在调用socket函数时所给的第三个参数。

  3)如果IP_HDRINCL选项已设置,则内核写的数据其实地址是IP头部的第一个字节。用户所提供的数据必须包括IP头部。此时进程构造除了以下两项以外的整个IP头部:

  (1)IPv4标示字段可以设为0,要求内核设置该值。而且仅当该字段为0时,内核才为其设置。

  4)如果创建原始套接口时指定了协议类型,即第三个参数protocol,那也并不是说只能发该类型的数据包。如,即使将protocol指定为IPPROTO_TCP,也可以发送用户自己组装的UDP报文,不过此时如果IP_HDRINCL选项未设置,那么内核将会在IP头的协议字段指明后面的报文为TCP报文(不过此时却为UDP报文)。等数据包发送到对方TCP层,一般说来会因为找不到合适的TCP套接口接收该数据包而被丢弃。不过该包可以在目标主机的原始套接口上接收到。

  6)内核任何时候那会都不会对IP包以后的字段进行校验和验证。如,即使我们指定第三个参数protocol为IPPROTO_TCP,在数据发送时内核也不会对进行TCP校验和计算和验证。

  7)如果IP_HDRINCL选项已设置,按照常规,我们应该组建自己的IP头,但是即使我们没有组建IP头,用sendto或sendmsg并指定目的IP地址来发送数据是照样可以完成的。但是这样的数据包在目标机上用原始套接口是接收不到的,因为在ip_rcv()中要对IP头进行验证,并且要分析校验和,所以该包会被丢弃,不过在链路层应该能够接收到该数据包。

  8)如果设置了IP_HDRINCL选项,并且数据包超长,那么数据会被丢弃,并会返回出错码EMSGSIZE。如果未设置IP_HDRINCL选项,并且数据包超长,那么数据包会被分片。

  2)要想接收到原始套接口,首先要接收的数据包必须有一个完整的、正确的IP头,否则不能通过ip_rcv()中的包头检查和检验和验证。

  3)在原始套接口接收的数据包过程中,内核会对接收的IP包进行校验和验证,但不会对IP包以后的任何字段进行检测和验证。如,我们创建原始套接口时,所指定的protocol参数为IPPROTO_TCP,内核也不会进行TCP校验和验证,而是直接把IP头中协议字段为TCP的所有数据包都复制一份,提交给该原始套接口。

  4)用原始套接口接收到的TCP包都是进行了IP重组以后,TCP排序以前的报文。

  5)如果在创建原始套接口时,所指定的protocol参数不为零,(socket的第三个参数),则接收到的数据报的协议字段应该与之匹配。否则该数据报不传递给该套接口。

  6)如果此原始套接口上绑定了一个本地IP地址,那么接收到的数据报的目的IP地址应该与该绑定的IP地址相匹配,否则该数据包将不传递到该套接口。

  7)如果此原始套接口通过connect指定了一个对方IP地址,那么接收到的数据包的源IP地址应与该以连接地址相匹配,否则该数据包不传递给该套接口。

  8)如果一个原始套接口以protocol参数为0的方式创建,并且未调用connect或bind,那么对于内核传递给原始套接口的每一个原始数据报,该套接口都会收到一份拷贝。

  会把ARP或RARP协议类型的数据包传递给ARP的接收函数类处理,不会传递给IP层的接收函数ip_rcv()。

  10)原始套接口并不是可以接收到任何的ICMP类型的数据包,因为有些ICMP类型的数据包在传递给原始套接口之前已经被系统所响应,并不再向上层传递。

  11)如果对方的数据包分片了,由于原始套接口的接收是在IP上层,所以会接收到重组以后的原始IP包。

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