nfnetlink和ip_queue

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1. 前言

netlink是linux中实现内核与用户空间通信的一种方法，数据以类似网络数据包的形式在两者间传输，

这和以前所介绍的/proc，ioctl和setsockopt方式是不同的，另外一个区别是以前这几种方法都是用户

空间程序主动向内核发出请求，相当于客户端，内核相当于一个服务器；而netlink方法则是内核和用

户空间都可以主动向对方发送数据。

netlink现在已经是Linux内核中网络部分的一个基本协议族，具体代码在net/netlink中定义。

最初netlink接口主要是提供给路由程序来和内核通信修改系统的路由表的，从2.2内核开始在防火墙模

块中也有了netlink的支持。在2.4内核中，netlink支持是在ip_queue中实现的，另一种实现方式是

nfnetlink的，但只在POM中有补丁，没加入官方内核中；到了2.6，nfnetlink纳入官方内核中，并成为

推荐的防火墙模块的netlink支持，ip_queue虽然还在内核代码中，但已经不推荐使用(obsolete)。

通过netlink接口，netfilter可以向用户空间发送网络数据包，防火墙日志信息等，并能进行netlink

的连接跟踪，相关代码在net/netfilter/nfnetlink.c, net/netfilter/nfnetlink_conntrack.c,

net/netfilter/nfnetlink_queue.c, net/netfilter/nfnetlink_log.c等文件中。

以下内核代码版本为2.6.19.2。

2. netfilter中的netlink初始化

2.1 nfnetlink初始化

/* net/netfilter/nfnetlink.c */

static int __init nfnetlink_init(void)
{
 printk("Netfilter messages via NETLINK v%s.\n", nfversion);

// 建立NETFILTER的NETLINK接口，组号是NFNLGRP_MAX
// 接收用户空间数据包函数是nfnetlink_rcv
 nfnl = netlink_kernel_create(NETLINK_NETFILTER, NFNLGRP_MAX,
                              nfnetlink_rcv, THIS_MODULE);
 if (!nfnl) {
  printk(KERN_ERR "cannot initialize nfnetlink!\n");
  return -1;
 }

 return 0;
}

2.3 nfnetlink_queue的初始化

/* net/netfilter/nfnetlink_queue.c */

static int __init nfnetlink_queue_init(void)
{
 int i, status = -ENOMEM;
#ifdef CONFIG_PROC_FS
 struct proc_dir_entry *proc_nfqueue;
#endif
 
 for (i = 0; i < INSTANCE_BUCKETS; i++)
  INIT_HLIST_HEAD(&instance_table[i]);
// 登记nfqueue的netlink套接口的通知
 netlink_register_notifier(&nfqnl_rtnl_notifier);
// 登记nfnetlink的nfqueue子系统
 status = nfnetlink_subsys_register(&nfqnl_subsys);
 if (status < 0) {
  printk(KERN_ERR "nf_queue: failed to create netlink socket\n");
  goto cleanup_netlink_notifier;
 }
......
}

 

2.3 ip_queue的初始化

/* net/ipv4/netfilter/ip_queue.c */

static int __init ip_queue_init(void)
{
 int status = -ENOMEM;
 struct proc_dir_entry *proc;
 
 netlink_register_notifier(&ipq_nl_notifier);
// 建立FIREWALL类型的NETLINK接口，组号是0
// 接收用户空间数据包函数是ipq_rcv_sk
 ipqnl = netlink_kernel_create(NETLINK_FIREWALL, 0, ipq_rcv_sk,
          THIS_MODULE);
 if (ipqnl == NULL) {
  printk(KERN_ERR "ip_queue: failed to create netlink socket\n");
  goto cleanup_netlink_notifier;
 }
......
}

2.4 小结

由此可见，nfnetlink和ip_queue两者都是通过调用 netlink_kernel_create函数来初始化netlink套接口的，ip_queue功能比较单纯，就是传输网络数据包，而nfnetlink有所扩展，不光是传递数据包，还

可传递其他数据，如日志信息的，不同类型数据处理是通过netlink子系统来区分的，不仅包括了

ip_queue的功能，还进行了扩展，这可能就是ip_queue被废的原因。

3. netlink_kernel_create

/* net/netlink/af_netlink.c */

/*
 * We export these functions to other modules. They provide a
 * complete set of kernel non-blocking support for message
 * queueing.
 */

struct sock *
netlink_kernel_create(int unit, unsigned int groups,
// unit即netlink接口类型，有ROUTE，FIREWALL，IP6_FW，XFRM等
// 最大值为MAX_LINKS
// groups为具体各种类型netlink接口中的组号
                      void (*input)(struct sock *sk, int len),
                      struct module *module)
{
 struct socket *sock;
 struct sock *sk;
 struct netlink_sock *nlk;
 unsigned long *listeners = NULL;

 BUG_ON(!nl_table);
// unit范围检查
 if (unit<0 || unit>=MAX_LINKS)
  return NULL;
// 建立netlink的socket
 if (sock_create_lite(PF_NETLINK, SOCK_DGRAM, unit, &sock))
  return NULL;

// 建立unit类型的netlink的sock
 if (__netlink_create(sock, unit) < 0)
  goto out_sock_release;

// 小于32的组号都设置为32
// ip_queue中该参数为0, nfnetlink中该参数为NFNLGRP_MAX,都不超过32
// 所以实际两者等价
 if (groups < 32)
  groups = 32;

// 监听者
 listeners = kzalloc(NLGRPSZ(groups), GFP_KERNEL);
 if (!listeners)
  goto out_sock_release;

 sk = sock->sk;
 sk->sk_data_ready = netlink_data_ready;
// netlink接口输入函数,也就是处理用户空间发送到内核方向的数据
 if (input)
  nlk_sk(sk)->data_ready = input;
// 将该sock插入HASH表
 if (netlink_insert(sk, 0))
  goto out_sock_release;
// 设置该netlink sock的一些基本参数
 nlk = nlk_sk(sk);
 nlk->flags |= NETLINK_KERNEL_SOCKET;

 netlink_table_grab();
 nl_table[unit].groups = groups;
 nl_table[unit].listeners = listeners;
 nl_table[unit].module = module;
 nl_table[unit].registered = 1;
 netlink_table_ungrab();

 return sk;

out_sock_release:
 kfree(listeners);
 sock_release(sock);
 return NULL;
}

4. 结论

nfnetlink使用NETFILTER类型的netlink套接口,ip_queue都使用FIREWALL类型的netlink接口，理论上是可以区分的。但因为nfnetlink已经包含了ip_queue的功能并进行了扩展，使用推荐只使用nfnetlink即可。