linux下ip协议(V4)的实现(二)

这次主要介绍下forward和local delivery。

上次我们提到当ip_rcv_finish完成后后调用相关的发送函数ip_forward或者ip_local_deliver.这次就主要介绍这两个函数。

先来看forward。

forward一般由下面几部组成：

1 执行ip option
2 确定这个包能被forward
3 减小ttl，当ttl为0时，丢掉这个包
4 如果需要，则将这个包切片
5 发送包到输出网络设备

这里要注意，如果包由于一些原因，不能被forward，则必须发送ICMP消息到发送主机。

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相关设置
	if (skb_warn_if_lro(skb))
		goto drop;
///xfrm(ipsec)的相关检测
	if (!xfrm4_policy_check(NULL, XFRM_POLICY_FWD, skb))
		goto drop;
///判断是否有Router_alter option(也就是保存发送端的ip),如果有的话，调用ip_call_ra_chain处理，当空间已满，则返回false，并继续处理。
	if (IPCB(skb)->opt.router_alert && ip_call_ra_chain(skb))
		return NET_RX_SUCCESS;

///判断这个包是否是由本地主机的2层进行接受的。在2层设置帧的类型，当帧的目的地址就是本机2层地址的时候，skb->pkt_type设置为PCAKET_HOST.
	if (skb->pkt_type != PACKET_HOST)
		goto drop;

///由于是forward，因此我们不需要在意4层的校验。设置ip_summed为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小于1，此时丢掉这个包
	if (ip_hdr(skb)->ttl <= 1)
		goto too_many_hops;

///ipsec的检测
	if (!xfrm4_route_forward(skb))
		goto drop;

///得到路由表
	rt = skb->rtable;

///判断是否是Strict源路由option。如果是的话，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;

///检测一些相关域。如果出错，则发送icmp，并丢弃这个包
	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;
	}

///由于我们将要修改这个skb的一些东西(在下面的ip_forward_finish中），因此我们需要复制一个拷贝(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);

///减少ttl
	ip_decrease_ttl(iph);

///如果我们所找到的下一跳地址比请求的更好的话，源host现在将会收到一个ICMP REDIRESCT消息(只有当源host没有请求 source routing option时)
	if (rt->rt_flags&RTCF_DOREDIRECT && !opt->srr && !skb->sp)
		ip_rt_send_redirect(skb);

///QOS的优先级设置
	skb->priority = rt_tos2priority(iph->tos);

///最终返回netfilter的hook，这里我们还是暂时忽略netfilter，只关注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;
}

下来看ip_forward_finish方法，它主要是用来处理一些剩下的options，并且ip_forward_options还会重新计算ip checksum，因为它会update一些ip头的域：

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);
///最终返回dst_output,这个虚函数最终调用skb->dst_output,如果是单播则是ip_output,如果是多播则是ip_mc_output.而且切片(如果有需要)也会在这个函数进行).这里还有一个neighboring subsystem的概念，我们后面会讲到。
	return dst_output(skb);
}

来看ip_local_deliver函数：

int ip_local_deliver(struct sk_buff *skb)
{
	/*
	 *	Reassemble IP fragments.
	 */
///如果有切片，则开始组包。
	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，最终会调用ip_local_deliver_finish.它最终会将数据包发送往4层。下一次我们会详细介绍这个函数。
	return NF_HOOK(PF_INET, NF_INET_LOCAL_IN, skb, skb->dev, NULL,
		       ip_local_deliver_finish);
}

这里我们可以看到一个对比，那就是forward时，不需要组包，这是因为local delivery必须把完整的包发送往4层，而forward，不需要经过4层，就直接把帧发送出去。

最后我们来看下ip_local_deliver_finish函数片段：

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:
///对raw socket进行处理。
		raw = raw_local_deliver(skb, protocol);

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

...................................................
///将数据包交给已注册的高层协议的处理函数。
			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;
}