linux网络协议栈结构

本结构框图

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协议栈结构的说明

1、 驱动中，使用ISR/POLL/NAPI等方式从硬件收包

2、 收包接口中通过netif_receive_skb()上交协议栈

3、 在netif_receive_skb()函数中做协议解析

core/dev.c中，为报文处理的第二层，用于分离收到的以太网报文的协议类型，同我们某产品上一个叫做Packet Handler模块一样，逐级分发报文。

该模块有一个list_head链表，链表上挂了很多packet_type数据结构，packet_type数据结构中包括ether_type, dev指针以及func指针等成员。

为加快对报文的分发速度，这个链表实现成了一个HASH表，共16way，使用ethertype作为索引。

内核中常注册的ethertype类型：

ETH_P_IP

ETH_P_ARP

ETH_P_HDLC

ETH_P_DEC

ETH_P_PPP

PKT_TYPE_LACPDU

ETH_P_PPP_SES

ETH_P_PPP_DISC

ETH_P_BPQ

ETH_P_PARP

ETH_P_802_2

ETH_P_TR_802_2

ETH_P_X25

ETH_P_8021Q

ETH_P_ALL用于所有

其中Func是上层协议的钩子函数，常用的有ip_rcv()和arp_rcv()等，然后iprcv()中又会解析ip上的协议，调用icmp_rcv/igmp_rcv/udp_rcv/tcp_rcv()等等。

新的协议类型可以在驱动模块加载时，通过下面的接口增加到packet_type_list中：

void dev_add_pack()用于增加一种协议类型，将其packet_type指针加到链表上。

void dev_remove_pack()用于从list_head上删除一种协议类型

4、 解析完报文协议之后，将报文放到skb_queue队列中

skb_queue为系统底层与应用程序之间一个接口。所有接收到的同类报文都会被挂到这个队列上，然后由协议栈上层接口来取。

5、 协议上层接口通过系统调用获取skb。代码位于net模块下：

      sys_recv()

            sys_recvfrom()

                   sock_recvmsg()

                           __sock_recvmsg()

udp_recvmsg()或者tcp_recvmsg()

      __skb_recv_datagram()

             ip_cmsg_recv()

从skb接收队列skb_queue收包

 

某项目中的代码

1.      驱动driver使用NAPI方式，从硬件queue中收包

2.      调用netif_receiv_skb()函数，上交收到的报文

这个项目支持NAPT，因此会在该函数中直接调用NAPT回调做NAT，而对于非NAPT印射的报文，进行如下处理：

            先遍历ptype_all链表，list_for_each_entry_rcu()，最终调用packet_type.func()

编译内核时选上BRIDGE，则会执行网桥模块br_handle_frame_hook(skb)，源文件为bridge/br.c

                  网桥模块的初始化pkt_type为PACKET_HOST或者PACKET_OTHERHOST

            如果编译内核时选上了MAC_VLAN模块，则会执行macvlan_handle_frame_hook

                  初始化为PACKET_BROADCAST、PACKET_MULTICAST、PACKET_HOST

            最后一步，判断type==skb->protocol，会查询链表，找到匹配的protocol钩子并且调用。

3.      Skb的释放时机

      如果是合法报文，放入接收队列，在用户系统调用取包时释放，否则在netif_receiv_skb()函数中释放。

 

802.1q协议模块实现

      带802.1qTAG的模块有自己单独的协议类型，一般是0x8100。使用前面说的packet_list操作接口注册一个新的packet_type挂到链表中，这样，所有带TAG的报文会被转发到802.1q的接口上。

应用程序里，每调用vconfig创建一个VLAN，就会创建一个新的net device，这个虚拟扩展的net device会在原来物理的net device上面工作，将VLAN对应的报文都转移到虚拟net device的收发接口上。

      new_dev = alloc_netdev(sizeof(struct vlan_dev_info), name,vlan_setup);