深度剖析WinPcap之(九)――数据包的发送过程(5)

1.6.2  发送队列方式的接口实现

在下列两种发送方式都不适用的情况下：

Ø 应用软件每次发送一个数据包一次；

Ø 应用软件每次发送一个数据包大于一次，次数预先设定；

为了能够发送大量的数据包， WinPcap 提供了基于发送队列发送的方式。通过发送队列提供了一种高级的，强大的，结构更优的方式来发送一组数据包。

库 wpcap.dll 中与发送队列相关的函数所使用的 pcap_send_queue 结构体，是存储原始数据包(将被pcap_sendqueue_transmit函数发送到网络上的数据包)的数据结构，具体定义如下：

struct pcap_send_queue

{

    u_int maxlen;     // 队列最大长度 ( 字节数 ) ，描述了 buffer 成员的容量

    u_int len;    // 队列当前的字节数

    char *buffer;     // 储存待发数据包的缓冲区

};

typedef struct pcap_send_queue pcap_send_queue;

 

1.6.2.1  pcap_sendqueue_alloc 与pcap_sendqueue_destroy函数

发送队列通过调用 pcap_sendqueue_alloc 函数创建，并且需要指定队列的大小。函数的原型如下：

pcap_send_queue* pcap_sendqueue_alloc(u_int memsize);

函数分配存储发送数据包队列的内存空间 ，发送队列是一个容器，它能容纳不同数量的数据包，这些数据包将被 pcap_sendqueue_transmit 函数发送到网络上。其中参数 memsize 是队列的大小（以字节为单位），决定了发送队列能存储数据包的最大容量。

函数成功返回所分配队列的内存指针，否则返回 NULL 。

函数的具体实现如下：

pcap_send_queue* pcap_sendqueue_alloc(u_int memsize)

{

    pcap_send_queue *tqueue;

 

    /* 分配发送队列结构体的内存空间 */

    tqueue =

(pcap_send_queue*)malloc(sizeof(pcap_send_queue));

    if(tqueue == NULL){

       return NULL;

    }

    /* 分配发送队列 buffer 成员的内存空间 */

    tqueue->buffer = (char*)malloc(memsize);

    if(tqueue->buffer == NULL){

       free(tqueue);

       return NULL;

    }

 

    tqueue->maxlen = memsize; // 设置发送队列的最大存储空间

    tqueue->len = 0;            // 初始化发送队列的已用存储空间

 

    return tqueue;

}

注意内存空间大小 memsize 参数应该包括每个数据包的头信息( struct pcap_pkthdr ) 空间，使用示例如下：

squeue=pcap_sendqueue_alloc(

(unsigned int)((MaxPacketLen+sizeof(struct pcap_pkthdr))*npacks) );

当发送队列不再需要时，需要使用 pcap_sendqueue_destroy函数来释放它所占用的内存，该函数原型如下：

void pcap_sendqueue_destroy(pcap_send_queue *queue);

该函数销毁一个发送队列，释放与队列相关的所有内存 空间 。

函数的具体实现如下：

void pcap_sendqueue_destroy(pcap_send_queue* queue)

{

    free(queue->buffer); // 释放发送队列buffer成员的内存空间

    free(queue);           // 释放发送队列结构体的空间

}

 

1.6.2.2  pcap_sendqueue_queue 函数

一旦发送队列被创建，就可以通过pcap_sendqueue_queue函数将数据包添加到发送队列中，该函数把一个数据包添加到queue参数所指的发送队列的尾部。函数原型如下：

int pcap_sendqueue_queue(pcap_send_queue *queue,

const struct pcap_pkthdr *pkt_header,

const u_char *pkt_data)  

其中参数queue就是调用pcap_sendqueue_alloc函数所分配的发送队列，参数pkt_header为WinPcap为待发数据包所附加的数据头信息，用来说明数据包的长度与发送时间戳，参数pkt_data为待发数据包。

函数成功返回0，否则返回-1。

结构体 pcap_pkthdr 包含数据包的时间戳和长度信息，结构体 pcap_pkthdr 的具体定义如下：

struct pcap_pkthdr {

struct timeval ts;   // 时间戳

bpf_u_int32 caplen;   // 所捕获数据包的长度

bpf_u_int32 len;       // 数据包原始长度

}

其中结构体timeval的具体定义分别如下：

struct timeval {

long    tv_sec;         // 秒数

    long    tv_usec;        // 微秒

};

函数pcap_sendqueue_queue的具体实现如下：

int pcap_sendqueue_queue(pcap_send_queue* queue,

const struct pcap_pkthdr *pkt_header,

const u_char *pkt_data)

{

/* 发送队列的容量不够，函数返回-1*/

    if(queue->len + sizeof(struct pcap_pkthdr) +

pkt_header->caplen > queue->maxlen)

{

       return -1;

    }

 

    /* 复制数据包头信息pcap_pkthdr*/

    memcpy(queue->buffer + queue->len, pkt_header, sizeof(struct pcap_pkthdr));

    queue->len += sizeof(struct pcap_pkthdr);

   

    /* 复制数据包 */

    memcpy(queue->buffer + queue->len, pkt_data, pkt_header->caplen);

    queue->len += pkt_header->caplen;

 

    return 0;

}

  1.6.2.3 pcap_sendqueue_transmit 函数

函数pcap_sendqueue_transmit用来发送一个发送队列，该函数原型如下：

u_int pcap_sendqueue_transmit(pcap_t *p,

pcap_send_queue *queue,int sync)

该函数发送一个原始数据包的队列到网络。参数p指向一个适配器，数据包将通过该适配器发送，参数queue指向一个容纳待发送数据包的pcap_send_queue结构体（参见 pcap_sendqueue_alloc与 pcap_sendqueue_queue函数），参数sync决定了发送操作是否是同步的；如果不为0，根据时间戳发送数据包，否则不根据时间戳，而是尽所能的快速发送各数据包。

函数返回值为实际所发送的字节数，如果该值小于希望发送的大小，那么发送过程中出现了错误。错误可能由驱动程序/适配器的问题或冲突的/假的发送队列导致。

函数的具体实现代码如下：

u_int pcap_sendqueue_transmit(pcap_t *p,

pcap_send_queue* queue, int sync)

{

    u_int res;

    DWORD error;

    int errlen;

 

    if (p->adapter==NULL)

    {

       sprintf(p->errbuf,

"Cannot transmit a queue to an offline capture

or to a TurboCap port" );

       return 0;

    }  

    // 发送数据包队列

    res = PacketSendPackets(p->adapter,

       queue->buffer,

       queue->len,

       (BOOLEAN)sync);

 

    if(res != queue->len)

{

// 错误，记录错误信息

       error = GetLastError(); 

        FormatMessage(FORMAT_MESSAGE_FROM_SYSTEM,NULL,

error,0,p->errbuf,PCAP_ERRBUF_SIZE,NULL);    

       errlen = strlen(p->errbuf);

       if (errlen >= 2) {

           p->errbuf[errlen - 1] = '\0';

           p->errbuf[errlen - 2] = '\0';

       }

       snprintf(p->errbuf, PCAP_ERRBUF_SIZE,

 "Error opening adapter: %s", p->errbuf);

    }

 

    return res;

}

请注意，使用pcap_sendqueue_transmit函数要比pcap_sendpacket函数来发送一系列数据更加有效率，因为发送队列保存在内核层驱动程序的缓冲区中，因此，减少了上下文交换的次数，获得更好的吞吐量。

同时请注意第三个参数sync。如果为非零值，那么发送过程将是同步进行，也就是说，只有与时间戳相符的数据包才会被处理。该同步操作由内核驱动程序“忙等待（busy wait）”循环来实现，所以这个操作需要消耗大量的CPU资源。尽管这个操作对CPU的要求很高，但它对数据包发送的处理结通常是很精确的(通常在可达数微秒左右，或更小)。 如此一个精度是采用pcap_sendpacket函数不可能达到的。