IPv4之發送接口: ip_queue_xmi()

如IPv4之發送接口概述所介紹，該接口主要由tcp使用，這篇筆記來看看該函數的實現細節。

int ip_queue_xmit(struct sk_buff *skb, int ipfragok)
{
	// 找到skb屬主，這也是爲什麼說該函數只能處理本地產生的數據包，而不能處理轉發數據包的原因（轉發包
	// 沒有對應的socket），入參只有skb，而路由信息都在sk中，所以在調用該函數之前必須已經設置sk
	struct sock *sk = skb->sk;
	struct inet_sock *inet = inet_sk(sk);
	struct ip_options *opt = inet->opt;
	struct rtable *rt;
	struct iphdr *iph;

	// 如果還沒有查詢過路由，那麼就先查詢路由。對於TCP，大多數情況下都已經查詢過了
	rt = (struct rtable *) skb->dst;
	if (rt != NULL)
		goto packet_routed;
	// 路由和套接字是關聯的，一般來講，一旦查詢後，目的地址不發生變化，路由查詢結果
	// 不會有變化，所以往往會將路由查詢結果緩存到sk中，上面發現skb->dst中沒有設置，
	// 先檢查sk中緩存的路由信息是否依然有效，如果也無效，那麼向路由子系統發起查詢
	rt = (struct rtable *)__sk_dst_check(sk, 0);
	if (rt == NULL) {
		__be32 daddr;

		// 如果有源路由選項，在查路由之前替換下目的地址
		daddr = inet->daddr;
		if(opt && opt->srr)
			daddr = opt->faddr;
		{
			//構造路由查詢條件
			struct flowi fl = { .oif = sk->sk_bound_dev_if,
					    .nl_u = { .ip4_u =
						      { .daddr = daddr,
							.saddr = inet->saddr,
							.tos = RT_CONN_FLAGS(sk) } },
					    .proto = sk->sk_protocol,
					    .uli_u = { .ports =
						       { .sport = inet->sport,
							 .dport = inet->dport } } };

			/* If this fails, retransmit mechanism of transport layer will
			 * keep trying until route appears or the connection times
			 * itself out.
			 */
			security_sk_classify_flow(sk, &fl);
			// 查詢路由
			if (ip_route_output_flow(&init_net, &rt, &fl, sk, 0))
				goto no_route;
		}
		// 設置路由查詢結果
		sk_setup_caps(sk, &rt->u.dst);
	}
	skb->dst = dst_clone(&rt->u.dst);

packet_routed:
	// 有源路由選項，那麼檢查實際的路由結果和指定的路徑是否相同，如果不一致說明沒有
	// 指定的路由按照要求的IP地址進行發送，發送失敗，返回目的網絡不可達。這裏之所以
	// 不需要發送ICMP，是因爲本函數就是用於發送本地產生的數據包的，本機就是來源地
	if (opt && opt->is_strictroute && rt->rt_dst != rt->rt_gateway)
		goto no_route;

	// 填充IP首部
	skb_push(skb, sizeof(struct iphdr) + (opt ? opt->optlen : 0));
	skb_reset_network_header(skb);
	iph = ip_hdr(skb);
	// 設置前兩個字節：版本號爲4，首部長度爲5（20字節），後面如果有選項會重新設置該字段；
	// tos設置爲inet->tos
	*((__be16 *)iph) = htons((4 << 12) | (5 << 8) | (inet->tos & 0xff));
	// 如果明確不允許IP層分片，設置DF標記位，否則初始化frag_off爲0（注意frag_off是3bit標記
	// 加上13bit的片偏移，共2個字節）
	if (ip_dont_fragment(sk, &rt->u.dst) && !ipfragok)
		iph->frag_off = htons(IP_DF);
	else
		iph->frag_off = 0;
	// 設置TTL字段，通常是64
	iph->ttl      = ip_select_ttl(inet, &rt->u.dst);
	// 上層協議號、源IP和目的IP
	iph->protocol = sk->sk_protocol;
	iph->saddr    = rt->rt_src;
	iph->daddr    = rt->rt_dst;
	/* Transport layer set skb->h.foo itself. */
	// 如果有選項則構造IP首部中的選項部分
	if (opt && opt->optlen) {
		// 重新調整了IP首部長度，加上了選項部分的長度
		iph->ihl += opt->optlen >> 2;
		ip_options_build(skb, opt, inet->daddr, rt, 0);
	}
	// 爲skb分配一個IPID
	ip_select_ident_more(iph, &rt->u.dst, sk, (skb_shinfo(skb)->gso_segs ?: 1) - 1);
	// 設置優先級和mark標記
	skb->priority = sk->sk_priority;
	skb->mark = sk->sk_mark;
	// 調用IPv4內部的發送接口繼續後續處理（比如防火牆）
	return ip_local_out(skb);
no_route:
	IP_INC_STATS(IPSTATS_MIB_OUTNOROUTES);
	kfree_skb(skb);
	return -EHOSTUNREACH;
}

該函數邏輯很清晰，就幹了兩件事：

1. 如果還沒有查詢過路由，那麼查路由；
2. 構造IP首部，然後調用IPv4協議內部的接口繼續發送；

可見，該函數並沒有處理分段，所以調用者應該保證傳入的skb不會超過設備的MTU，而tcp在組包的時候有考慮儘量不會讓IP層進行分段，所以tcp可以調用該接口，而udp的發送過程並沒有這種保證，所以該接口並不合適udp。