各种网络协议的数据结构


1、linux目前支持多种协议族,每个协议族用一个net_porto_family结构实例来表示,在初始化时,会调用sock_register()函数初始化注册到net_families[NPROTO]中去;

Internet 网络协议族_传输层

同时出现了一个地址族的概念,目前协议族和地址族是一 一 对应关系。历史上曾经有一个协议族支持多个地址族,实际上从未实现过。在socket.h文件中PF_XX和AF_XX 值一样

2、由于不同协议族的结构差别很大,为了封装统一,以便在初始化时,可以统一接口,于是就有了net_proto_family。其用sock_register统一注册,初始化钩子,具体初始化,其实现见钩子实现,类似于VFS 的实现方式。一种很好的设计思想。

 

/*ops->create在应用程序创建套接字的时候,引起系统调用,从而在函数__sock_create中执行ops->create  netlink为netlink_family_ops
应用层创建套接字的时候,内核系统调用sock_create,然后执行该函数
pf_inet的net_families[]为inet_family_ops,对应的套接口层ops参考inetsw_array中的inet_stream_ops inet_dgram_ops inet_sockraw_ops,
传输层操作集分别为tcp_prot udp_prot raw_prot
netlink的net_families[]netlink_family_ops,对应的套接口层ops为netlink_ops
family协议族通过sock_register注册 传输层接口tcp_prot udp_prot netlink_prot等通过proto_register注册
IP层接口通过inet_add_protocol(&icmp_protocol等注册 ,这些组成过程参考inet_init函数*/
struct net_proto_family {//操作集参考inetsw_array
int family;
int (*create)(struct net *net, struct socket *sock,
int protocol, int kern);协议族的套接字创建函数指针,每个协议族实现都不同
struct module *owner;
};

 Internet 网络协议族_初始化_02

Internet 协议族的net_proto_family结构实例为inet_family_ops,创建套接字socket时,其调用接口为inet_create().

2、inet_protosw 结构

 

/* This is used to register socket interfaces for IP protocols.  */
struct inet_protosw {
struct list_head list;/* 初始化时将相同的type的inet_protosw散列在同一个链表*/

/* These two fields form the lookup key. */
unsigned short type; /* This is the 2nd argument to socket(2). 表示套接口字的类型,对于Internet 协议族有三种类型 SOCK_STREAM SOCK_DGRAM SOCK_RAW 对于与应用层socket函数的第二个参数type*/
unsigned short protocol; /* This is the L4 protocol number. */

struct proto *prot; /*套接口网络层口,tcp为tcp_port udp为udp_port 原始套接字为raw_port*/
const struct proto_ops *ops;/* 套接口传输层接口,tcp为inet_stream_ops,udp 为inet_dgram_ops,原始套接字为inet_sockraw_ops*/

unsigned char flags; /* See INET_PROTOSW_* below. */
};

Internet 网络协议族_赋值_03Internet 网络协议族_传输层_04

#define INET_PROTOSW_REUSE 0x01         /* Are ports automatically reusable? 端口重用*/
#define INET_PROTOSW_PERMANENT 0x02 /* Permanent protocols are unremovable. 协议不能被替换卸载*/
#define INET_PROTOSW_ICSK 0x04 /* Is this an inet_connection_sock? 是不是为连接类型的接口*/

View Code

 

 tcp 不能被替换卸载切为连接型套接字,udp 不能被替换和卸载,rawsocket端口可以重用。

/* Upon startup we insert all the elements in inetsw_array[] into
* the linked list inetsw.
在初始化的时候我们会将上面数组中的的元素按套接字类型插入static struct list_head inetsw[SOCK_MAX];链表数组中
*/
/*
* inetsw_array数组包含三个inet_protosw结构的实例,分别对应
* TCP、UDP和原始套接字。在Internet协议族初始化函数inet_init()中
* 调用inet_register_protosw()将inetsw_array数组中
* 的inet_protosw结构实例,以其type值为key组织到散列表inetsw中,
* 也就是说各协议族中type值相同而protocol值不同的inet_protosw结构
* 实例,在inetsw散列表中以type为关键字连接成链表,通过inetsw
* 散列表可以找到所有协议族的inet_protosw结构实例。
*/ //ipv4_specific是TCP传输层到网络层数据发送以及TCP建立过程的真正OPS,在tcp_prot->init中被赋值给inet_connection_sock->icsk_af_ops
static struct inet_protosw inetsw_array[] = //这个和应用层创建套接字相关,个人我理解是属于套接口层,为了把套接口层和传输层衔接起来(tcp_protocol udp_protol icmp_protocol)
{
{
.type = SOCK_STREAM, //在inet_create的时候,用它做为关键字,把下面这几个成员联系在一起
.protocol = IPPROTO_TCP,

//tcp_prot udp proto raw_proto头添加到的proto_list中,通过遍历该链表就可以知道有哪些传输层协议添加到该链表中
//协议最终都是通过inet_init中的proto_register添加到proto_list链表中的。family协议族通过sock_register注册
//传输层接口tcp_prot udp_prot netlink_prot等通过proto_register注册
//IP层接口通过inet_add_protocol(&icmp_protocol等注册 ,这些组成过程参考inet_init函数
.prot = &tcp_prot,//传输层操作集 在inet_create中的sk_alloc中赋值
// 先执行ops中的函数,然后执行prot中对应的函数 proto结构为网络接口层,
//结构中的操作实现传输层的操作和从传输层到网络层调用的跳转,
//在proto结构中的某些成员跟proto_ops结构中的成员对应,比如connect()等
.ops = &inet_stream_ops,//套接口层操作集,也就是协议族操作集
// 用来区分协议族(netlink family(ops为netlink_ops)或者 inet family)
// ops在创建套接字的时候被赋值,例如netlink赋值的地方在__netlink_create pf_net赋值的地方在inet_create中
.no_check = 0, //为0表示始终进行校验和操作
.flags = INET_PROTOSW_PERMANENT |
INET_PROTOSW_ICSK,
},

{
.type = SOCK_DGRAM,
.protocol = IPPROTO_UDP,
.prot = &udp_prot,//传输层操作集 在inet_create中的sk_alloc中赋值 先执行ops中的函数,然后执行prot中对应的函数
.ops = &inet_dgram_ops,//套接口层操作集 用来区分协议族(netlink family(ops为netlink_ops)或者 inet family)
// ops在创建套接字的时候被赋值,例如netlink赋值的地方在__netlink_create pf_net赋值的地方在inet_create中
.no_check = UDP_CSUM_DEFAULT,
.flags = INET_PROTOSW_PERMANENT,
},


{
.type = SOCK_RAW, //原始套接口
.protocol = IPPROTO_IP, /* wild card */
.prot = &raw_prot,//传输层操作集 在inet_create中的sk_alloc中赋值 先执行ops中的函数,然后执行prot中对应的函数
.ops = &inet_sockraw_ops,//套接口层操作集
//用来区分协议族(netlink family(ops为netlink_ops)或者 inet family) ops在创建套接字的时候被赋值,
//例如netlink赋值的地方在__netlink_create pf_net赋值的地方在inet_create中
.no_check = UDP_CSUM_DEFAULT,
.flags = INET_PROTOSW_REUSE,
}
};

 

 Internet 网络协议族_赋值_05

 

3、net_protocol 结构

net_protocol 结构定义了传输层协议(包含icmp igmp协议)以及传输层的报文接收例程,此结构是网络层和传输层之间的桥梁。

/* 
* inet_add_protocol函数用于将上述结构的实例(指针)
* 存储到inet_protos 数组中
* update:
* net_protocol是一个非常重要的结构,定义了协议族中支持的传输层协议以及传输层的报文接收实例。此结构是网络层和 传输层之间的桥梁,当网络数据包从网络层流向传输层时,
* 会调用此结构中的传输层协议数据时,会调用此结构中的传输层协议数据报接收处理函数。
*
* 内核中为Internet协议族定义了4个net_protocol结构实例---
* icmp_protocol、udp_protocol、tcp_protocol和igmp_protocol
* ,分别与ICMP、UDP、TCP和IGMP协议一一对应。在Internet协议族
* 初始化时,调用inet_add_protocol()将它们注册到net_protocol
* 结构指针数组inet_protos[MAX_INET_PROTOS]中。在系统运行
* 过程中,随时可以用内核模块加载/卸载方式,调用函数inet_add_protocol()
* /inet_del_protocol()将net_protocol结构实例注册到inet_protos[]数组中,
* 或从中删除。
*///ops = rcu_dereference(inet_protos[proto]);通过该函数获取对应的协议ops
/* This is used to register protocols. */
struct net_protocol {
void (*early_demux)(struct sk_buff *skb);
/* 分组将传递到该函数进行进一步处理*/
/*
* 传输层协议数据包接收处理函数指针,当网络层接收IP数据包
* 之后,根据IP数据包所指示传输层协议,调用对应传输层
* net_protocol结构的该例程接收报文。
* TCP协议的接收函数为tcp_v4_rcv(),UDP协议的接收函数为
* udp_rcv(),IGMP协议为igmp_rcv(),ICMP协议为icmp_rcv()。
*/
int (*handler)(struct sk_buff *skb);
/*
* 在接收到ICMP错误信息并需要传递到更高层时,
* 调用该函数
*/
/*
* 在ICMP模块中接收到差错报文后,会解析差错报文,并根据
* 差错报文中原始的IP首部,调用对应传输层的异常处理
* 函数err_handler。TCP协议为tcp_v4_err(),UDP为
* udp_err(),IGMP则无。
*/
void (*err_handler)(struct sk_buff *skb, u32 info);
/*
* no_policy标识在路由时是否进行策略路由。TCP和UDP默认不进行
* 策略路由。
*/
unsigned int no_policy:1,
netns_ok:1,
/* does the protocol do more stringent
* icmp tag validation than simple
* socket lookup?
*/
icmp_strict_tag_validation:1;
};

 初始化后的inet_protos 如下:

Internet 网络协议族_传输层_06

 

4、Internet协议族的初始化

Internet协议初始化函数为inet_init ,通过fs_initcall调用,加载到内核中;

/设备物理层的初始化net_dev_init
 TCP/IP协议栈初始化inet_init  传输层的协议初始化也在这里面
 传输层初始化proto_init  只是为了显示各种协议用的
 套接口层初始化sock_init  netfilter_init在套接口层初始化的时候也初始化了

static int __init inet_init(void)
{
struct inet_protosw *q;
struct list_head *r;
int rc = -EINVAL;

sock_skb_cb_check_size(sizeof(struct inet_skb_parm));

rc = proto_register(&tcp_prot, 1);
if (rc)
goto out;

rc = proto_register(&udp_prot, 1);
if (rc)
goto out_unregister_tcp_proto;

rc = proto_register(&raw_prot, 1);
if (rc)
goto out_unregister_udp_proto;

rc = proto_register(&ping_prot, 1);
if (rc)
goto out_unregister_raw_proto;

/*
* Tell SOCKET that we are alive...
*/

(void)sock_register(&inet_family_ops);

#ifdef CONFIG_SYSCTL
ip_static_sysctl_init();
#endif

/*
* Add all the base protocols.
*/
//这里面有每种协议传输层的接收函数,
if (inet_add_protocol(&icmp_protocol, IPPROTO_ICMP) < 0)
pr_crit("%s: Cannot add ICMP protocol\n", __func__);
if (inet_add_protocol(&udp_protocol, IPPROTO_UDP) < 0)
pr_crit("%s: Cannot add UDP protocol\n", __func__);
if (inet_add_protocol(&tcp_protocol, IPPROTO_TCP) < 0)
pr_crit("%s: Cannot add TCP protocol\n", __func__);
#ifdef CONFIG_IP_MULTICAST
if (inet_add_protocol(&igmp_protocol, IPPROTO_IGMP) < 0)
pr_crit("%s: Cannot add IGMP protocol\n", __func__);
#endif

/* Register the socket-side information for inet_create. */
for (r = &inetsw[0]; r < &inetsw[SOCK_MAX]; ++r)
INIT_LIST_HEAD(r);

for (q = inetsw_array; q < &inetsw_array[INETSW_ARRAY_LEN]; ++q)
inet_register_protosw(q);//把inetsw_array结构中的节点添加到inetsw表中,以type为索引 为套接字层所用

/*
* Set the ARP module up
*/

arp_init();

/*
* Set the IP module up
*/

ip_init();

tcp_v4_init()//创建一个tcp套接字用来发送rst ack 字段

/* Setup TCP slab cache for open requests. */
tcp_init();

/* Setup UDP memory threshold */
udp_init();

/* Add UDP-Lite (RFC 3828) */
udplite4_register();

ping_init();

/*
* Set the ICMP layer up
*/
/*由于协议栈本身有发送ICMP数据报的需求,所以,需要在协议栈中创建内核态的原始套接字,用于发送ICMP数据报,这个事情在协议栈初始化时,
由 icmp_init函数完成。它为每个CPU都创建一个icmp_socket,创建工作由sock_create_kern函数完成,创建流程跟应用层 创建socket完全一致。*/
if (icmp_init() < 0)
panic("Failed to create the ICMP control socket.\n");

/*
* Initialise the multicast router
*/
#if defined(CONFIG_IP_MROUTE)
if (ip_mr_init())
pr_crit("%s: Cannot init ipv4 mroute\n", __func__);
#endif

if (init_inet_pernet_ops())
pr_crit("%s: Cannot init ipv4 inet pernet ops\n", __func__);
/*
* Initialise per-cpu ipv4 mibs
*/

if (init_ipv4_mibs())
pr_crit("%s: Cannot init ipv4 mibs\n", __func__);

ipv4_proc_init();

ipfrag_init();

dev_add_pack(&ip_packet_type);

ip_tunnel_core_init();

rc = 0;
out:
return rc;
out_unregister_raw_proto:
proto_unregister(&raw_prot);
out_unregister_udp_proto:
proto_unregister(&udp_prot);
out_unregister_tcp_proto:
proto_unregister(&tcp_prot);
goto out;
}

fs_initcall(inet_init);

 

http代理服务器(3-4-7层代理)-网络事件库公共组件、内核kernel驱动 摄像头驱动 tcpip网络协议栈、netfilter、bridge 好像看过!!!! 但行好事 莫问前程 --身高体重180的胖子