libnids-1.21 中 IP 分片重组分析 之数据结构与处理流程

 

1、 IP分片

 

　　 任何IP层接收到一份要发送的IP数据报时，它要判断向本地哪个接口发送数据，并查询该接口的MTU。IP把MTU与数据报的长度进行比较，如果需要则进行分片。分片可以发生在原始发送端主机上，也可以发送在中间路由器上。IP数据报分片后，只有到达目的主机后才进行重装。

IP首部与分片有关的字段：

 

（1）对于每份IP数据报来说，都有一个标识字段，该值在分片时被复制到每个片中。

 

（2）标志字段用其中一个bit表示 “ 更多的片 ” ，除最后一片外，其他每个分片都要设置为1。

 

（3）片偏移字段指的是该片偏移原始数据报开始处的位置。

 

（4）数据报被分片后，每个片的总长度要改为该片的长度值。

 

（5）标志字段中有一个bit表示 “ 不分片 ” ，如果该位1，IP将不对数据报进行分片。

　　 IP报即使丢失一片数据报也要重传整个数据报。为什么呢？因为IP层没有超时重传的机制，必须由更高层负责超时重传。

 

 

总结：

三个字段

    标识字段(ip_id)：标识特定数据报的分片

    标志字段(ip_off的3个高位比特)

    偏移字段(ip_off的13个低位比特)

 

几个区别

    普通IP包：ip_off、MF 为 0

    最后一个分片包： ip_off ＞ 0、MF 为 0

    其它分片包：ip_off ≥ 0、MF 为 1

 

2、 数据结构设计

 

链表_FRAG

    结点结构ipfrag，保存一个分片

    作用：保存同属于一个IP包的所有分片数据

    链表中各结点按ip_off由小到大排序

 

链表_IPQ

    结点结构ipq，作为_FRAG的头结点，描述属于同一个IP包的所有分片数据的共同特征

    作用：将目的地址相同的分片组织到一起

 

 

链表_HOSTFRAG

    结点结构hostfrags，作为_IPQ的头结点

    作用：将目的地址不同但hash值相同的分片数据组织到地起

 

hash表fragtable

    实现：struct hostfrags **fragtable

    作用： fragtable[index]为_HOSTFRAG的头结点

 

 

hash表及三个链表之间的关系图

 

3、 分片重组流程

 

  

 

4、 代码及相关注释

 

http://blog.csdn.net/sandrain_zeq/archive/2007/06/13/1651258.aspx

 

5、 几个细节

 

5.1 Step 14：在_FRAG链表中插入的位置

代码：

if (next->offset >= offset)

      break;

当prev和next结点都存在时满足的条件

offset ∊ ( prev->offset ， next->offset ］

隐含意思：当前分片与prev之前的结点无重叠，与prev可能有重叠

 

 

 

5.2 step 15：和prev有重叠，调整当前分片

 

调整前图

 

调整后图

step 15：和prev有重叠，调整当前分片后没有判断当前数据的长度，之后会创建一个无用结点！

 

2.6.17内核已处理！

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Linux Cross Reference
Linux-2.6.17/net/ipv4/ip_fragment.c

Version: ~ [  2.6.16  ] ~ [  2.6.17  ] ~
Architecture: ~ [  ia64  ] ~ [  i386  ] ~ [  arm  ] ~ [  ppc  ] ~ [  sparc64  ] ~

  1 /*

  2  * INET         An implementation of the TCP/IP protocol suite for the LINUX

  3  *              operating system. INET is implemented using the BSD Socket

  4  *              interface as the means of communication with the user level.

  5  *

  6  *              The IP fragmentation functionality.

  7  *             

  8  * Version:     $Id: ip_fragment.c,v 1.59 2002/01/12 07:54:56 davem Exp $

  9  *

  10  * Authors:     Fred N. van Kempen <[email protected]>

  11  *              Alan Cox <[email protected]>

  12  *

  13  * Fixes:

  14  *              Alan Cox        :    Split from ip.c , see ip_input.c for history.

  15  *              David S. Miller :       Begin massive cleanup...

  16  *              Andi Kleen      :       Add sysctls.

  17  *              xxxx            :       Overlapfrag bug.

  18  *              Ultima          :       ip_expire() kernel panic.

  19  *              Bill Hawes      :       Frag accounting and evictor fixes.

  20  *              John McDonald   :       0 length frag bug.

 21  *              Alexey Kuznetsov:       SMP races, threading, cleanup.

 22  *              Patrick McHardy :       LRU queue of frag heads for evictor.

 23  */

 24

465

466 /* Add new segment to existing queue. */

467 static void ip_frag_queue (struct ipq * qp , struct sk_buff * skb )

468 {

469         struct sk_buff *prev, * next ;

470         int flags , offset ;

........................

........................

........................

........................

522         /* Find out which fragments are in front and at the back of us

523          * in the chain of fragments so far. We must know where to put

524          * this fragment, right?

525          */

526         prev = NULL ;

527         for( next = qp -> fragments ; next != NULL ; next = next -> next ) {

528                 if ( FRAG_CB ( next )-> offset >= offset )

529                         break; /* bingo! */

530                 prev = next ;

531         }

532

533         /* We found where to put this one. Check for overlap with

534          * preceding fragment, and, if needed, align things so that

535          * any overlaps are eliminated.

536          */

537         if (prev) {

538                 int i = ( FRAG_CB (prev)-> offset + prev-> len ) - offset ;

539

540                 if ( i > 0) {

541                         offset += i ;

542                          if (end <= offset)

543                                 goto err;

544                         if (! pskb_pull ( skb , i ))

545                                 goto err ;

546                         if ( skb ->ip_summed != CHECKSUM_UNNECESSARY )

547                                 skb ->ip_summed = CHECKSUM_NONE ;

548                 }

549         }

550

551         while ( next && FRAG_CB ( next )-> offset < end ) {

552                 int i = end - FRAG_CB ( next )-> offset ; /* overlap is 'i' bytes */

553

554                 if ( i < next -> len ) {

555                         /* Eat head of the next overlapped fragment

556                          * and leave the loop. The next ones cannot overlap.

557                          */

558                         if (! pskb_pull ( next , i ))

559                                 goto err ;

560                         FRAG_CB ( next )-> offset += i ;

561                         qp ->meat -= i ;

........................

........................

........................

........................

 

 

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5.3 step 18：

    i = end - next->offset

    tmp->len -= i

    tmp->offset += i

    tmp->ptr += i

    和next有重叠时的两种情况：

      1：

      2：

5.4    ipq结构中的特殊成员timer

    作用：描述已经收到的属于同一IP包的所有分片的存活期限

    创建：step 8

    初始设置：step 10

    expires为当前时间＋30秒

    function：失效时的处理函数地址

    data：失效时的处理函数的参数，即timer所在的ipq结点首地址

 

 

5.5    ipq结构中的特殊成员timer

    更新：

        所有ipq结点中的timer成员组成一个双向链表_TIMER，链首：timer_head，链尾：timer_tail

        分片链表超时处理 step 1 ： 当一个_IPQ链表在30秒内没有再收到分片数据时，放弃重组

        timer的更新step 13 ：当收到一个分片时，重新设置失效时间，并将该分片所属ipq中的timer移到_TIMER的尾部

 

 

5.6    分片数据是否可重组的判断

 

    借助ipq结构中的成员变量len

        初始值：0

        更新：仅当收到最后一个分片时才设置len

    判断:

        当ipq.len为0时直接返回

        当收到最后一个分片后才检查_FRAG链表中的各分片是否相连 (ip_done函数中)判断

    代码:

        参tag: zeq_final_frag