linux下ip協議(V4)的實現(二)

這次主要介紹下forward和local delivery。 

上次我們提到當ip_rcv_finish完成後後調用相關的發送函數ip_forward或者ip_local_deliver.這次就主要介紹這兩個函數。 

先來看forward。 

forward一般由下面幾部組成： 

1 執行ip option 
2 確定這個包能被forward 
3 減小ttl，當ttl爲0時，丟掉這個包 
4 如果需要，則將這個包切片 
5 發送包到輸出網絡設備 

這裏要注意，如果包由於一些原因，不能被forward，則必鬚髮送ICMP消息到發送主機。 

int ip_forward(struct sk_buff *skb)
{
    struct iphdr *iph;  /* Our header */
    struct rtable *rt;  /* Route we use */
    struct ip_options * opt = &(IPCB(skb)->opt);
///gso相關設置
    if (skb_warn_if_lro(skb))
        goto drop;
///xfrm(ipsec)的相關檢測
    if (!xfrm4_policy_check(NULL, XFRM_POLICY_FWD, skb))
        goto drop;
///判斷是否有Router_alter option(也就是保存發送端的ip),如果有的話，調用ip_call_ra_chain處理，當空間已滿，則返回false，並繼續處理。
    if (IPCB(skb)->opt.router_alert && ip_call_ra_chain(skb))
        return NET_RX_SUCCESS;

///判斷這個包是否是由本地主機的2層進行接受的。在2層設置幀的類型，當幀的目的地址就是本機2層地址的時候，skb->pkt_type設置爲PCAKET_HOST.
    if (skb->pkt_type != PACKET_HOST)
        goto drop;

///由於是forward，因此我們不需要在意4層的校驗。設置ip_summed爲CHECKSUM_NONE。
    skb_forward_csum(skb);


    /*
     *  According to the RFC, we must first decrease the TTL field. If
     *  that reaches zero, we must reply an ICMP control message telling
     *  that the packet's lifetime expired.
     */
///ttl小於1，此時丟掉這個包
    if (ip_hdr(skb)->ttl <= 1)
        goto too_many_hops;

///ipsec的檢測
    if (!xfrm4_route_forward(skb))
        goto drop;

///得到路由表
    rt = skb->rtable;

///判斷是否是Strict源路由option。如果是的話，看源路由option所制定的路由能否和rt_gateway(下一跳)匹配。
    if (opt->is_strictroute && rt->rt_dst != rt->rt_gateway)
        goto sr_failed;

///檢測一些相關域。如果出錯，則發送icmp，並丟棄這個包
    if (unlikely(skb->len > dst_mtu(&rt->u.dst) && !skb_is_gso(skb) &&
             (ip_hdr(skb)->frag_off & htons(IP_DF))) && !skb->local_df) {
        IP_INC_STATS(dev_net(rt->u.dst.dev), IPSTATS_MIB_FRAGFAILS);
        icmp_send(skb, ICMP_DEST_UNREACH, ICMP_FRAG_NEEDED,
              htonl(dst_mtu(&rt->u.dst)));
        goto drop;
    }

///由於我們將要修改這個skb的一些東西(在下面的ip_forward_finish中），因此我們需要複製一個拷貝(主要是防止skb共享)
    if (skb_cow(skb, LL_RESERVED_SPACE(rt->u.dst.dev)+rt->u.dst.header_len))
        goto drop;
    iph = ip_hdr(skb);

///減少ttl
    ip_decrease_ttl(iph);

///如果我們所找到的下一跳地址比請求的更好的話，源host現在將會收到一個ICMP REDIRESCT消息(只有當源host沒有請求 source routing option時)
    if (rt->rt_flags&RTCF_DOREDIRECT && !opt->srr && !skb->sp)
        ip_rt_send_redirect(skb);

///QOS的優先級設置
    skb->priority = rt_tos2priority(iph->tos);

///最終返回netfilter的hook，這裏我們還是暫時忽略netfilter，只關注ip_forward_finish.
    return NF_HOOK(PF_INET, NF_INET_FORWARD, skb, skb->dev, rt->u.dst.dev,
               ip_forward_finish);

sr_failed:
    /*
     *  Strict routing permits no gatewaying
     */
     icmp_send(skb, ICMP_DEST_UNREACH, ICMP_SR_FAILED, 0);
     goto drop;

too_many_hops:
    /* Tell the sender its packet died... */
    IP_INC_STATS_BH(dev_net(skb->dst->dev), IPSTATS_MIB_INHDRERRORS);
    icmp_send(skb, ICMP_TIME_EXCEEDED, ICMP_EXC_TTL, 0);
drop:
    kfree_skb(skb);
    return NET_RX_DROP;
}

下來看ip_forward_finish方法，它主要是用來處理一些剩下的options，並且ip_forward_options還會重新計算ip checksum，因爲它會update一些ip頭的域： 

static int ip_forward_finish(struct sk_buff *skb)
{
    struct ip_options * opt = &(IPCB(skb)->opt);

    IP_INC_STATS_BH(dev_net(skb->dst->dev), IPSTATS_MIB_OUTFORWDATAGRAMS);

    if (unlikely(opt->optlen))
        ip_forward_options(skb);
///最終返回dst_output,這個虛函數最終調用skb->dst_output,如果是單播則是ip_output,如果是多播則是ip_mc_output.而且切片(如果有需要)也會在這個函數進行).這裏還有一個neighboring subsystem的概念，我們後面會講到。
    return dst_output(skb);
}

來看ip_local_deliver函數： 

int ip_local_deliver(struct sk_buff *skb)
{
    /*
     *  Reassemble IP fragments.
     */
///如果有切片，則開始組包。
    if (ip_hdr(skb)->frag_off & htons(IP_MF | IP_OFFSET)) {
        if (ip_defrag(skb, IP_DEFRAG_LOCAL_DELIVER))
            return 0;
    }
///返回netfilter hook，最終會調用ip_local_deliver_finish.它最終會將數據包發送往4層。下一次我們會詳細介紹這個函數。
    return NF_HOOK(PF_INET, NF_INET_LOCAL_IN, skb, skb->dev, NULL,
               ip_local_deliver_finish);
}

這裏我們可以看到一個對比，那就是forward時，不需要組包，這是因爲local delivery必須把完整的包發送往4層，而forward，不需要經過4層，就直接把幀發送出去。 

最後我們來看下ip_local_deliver_finish函數片段： 

static int ip_local_deliver_finish(struct sk_buff *skb)
{
    struct net *net = dev_net(skb->dev);

    __skb_pull(skb, ip_hdrlen(skb));

    /* Point into the IP datagram, just past the header. */
    skb_reset_transport_header(skb);

    rcu_read_lock();
    {
        int protocol = ip_hdr(skb)->protocol;
        int hash, raw;
        struct net_protocol *ipprot;

    resubmit:
///對raw socket進行處理。
        raw = raw_local_deliver(skb, protocol);

        hash = protocol & (MAX_INET_PROTOS - 1);
        ipprot = rcu_dereference(inet_protos[hash]);
        if (ipprot != NULL) {
            int ret;

...................................................
///將數據包交給已註冊的高層協議的處理函數。
            ret = ipprot->handler(skb);
            if (ret < 0) {
                protocol = -ret;
                goto resubmit;
            }
            IP_INC_STATS_BH(net, IPSTATS_MIB_INDELIVERS);
        }
...................................................
    }
 out:
    rcu_read_unlock();

    return 0;
}