Linux原始套接字实现分析---转

发布时间：2021-01-25 16:24:25 所属栏目：Linux 来源：网络整理

导读：本文从IPV4协议栈原始套接字的分类入手，详细介绍了链路层和网络层原始套接字的特点及其内核实现细节。并结合原始套接字的实际应用，说明各类型原始套接字的适应范围，以及在实际使用时需要注意的问题。一、原始套接字概述链路层原始套接字可以直接用于接

?????????

……?

sock->ops?=?answer->ops;?//将socket结构的ops设置为inet_sockraw_ops?

answer_prot?=?answer->prot;?

……?

if?(SOCK_RAW?==?sock->type)?{?//SOCK_RAW类型的套接字，设置inet->num?

??????? inet->num?=?protocol;?

????????if?(IPPROTO_RAW?==?protocol)?//protocol为IPPROTO_RAW的特殊处理，?

??????????????? inet->hdrincl?=?1;?后续在报文发送时会再讲到?

……

if?(inet->num)?{

????????inet->sport?=?htons(inet->num);?

?????? ?sk->sk_prot->hash(sk);?//调用raw_v4_hash()函数将套接字链到raw_v4_htable中?

……

经过如上操作后，相应的套接字结构sock会通过raw_v4_hash()函数链到raw_v4_htable链表中，网络层原始套接字报文接收时需要使用到raw_v4_htable。如图5所示，共创建了3个网络层原始套接字，协议类型分别为、IPPROTO_ICMP和89。

<p align="center">?

<p align="center">图5??raw_v4_htable链表

2.3.2??报文接收

网卡驱动收到报文后在软中断上下文由netif_receive_skb()处理，对于IP报文且目的地址为本机的会由ip_rcv()最终调用ip_local_deliver_finish()函数。ip_local_deliver_finish()主要功能的代码片段如下，先根据报文的L4层协议类型hash值在图5中的raw_v4_htable表中查找是否有匹配的sock。如果有匹配的sock结构，就进一步调用raw_v4_input()处理网络层原始套接字。不管是否有原始套接字要处理，该报文都会走后续的协议栈处理流程。即会继续匹配inet_protos[]数组，根据L4层协议类型走TCP、UDP、ICMP等不同处理流程。

?????????

……?

hash?=?protocol?&?(MAX_INET_PROTOS?-?1);?//根据报文协议类型取hash值?

raw_sk?=?sk_head(&raw_v4_htable[hash]);?//在raw_v4_htable中查找?

……?

if?(raw_sk?&&?!raw_v4_input(skb,?skb->nh.iph,?hash))?//处理原始套接字?

……?

if?((ipprot?=?rcu_dereference(inet_protos[hash]))?!=?NULL)?{?//匹配inet_protos[]数组?

??????? ……?

??????? ret?=?ipprot->handler(skb);?//调用传输层处理函数?

??????? ……?

}?else?{?//如果在inet_protos[]数组中未匹配到，则释放报文

??????? ……?

??????? kfree_skb(skb);?

……

如图6所示的inet_protos[]数组，每项由net_protocol结构组成。表示一个协议（包括传输层协议和网络层附属协议）的接收处理函数集，一般包括一个正常接收函数和一个出错接收函数。图中TCP、UDP和ICMP协议的接收处理函数分别为tcp_v4_rcv()、udp_rcv()和icmp_rcv()。如果在inet_protos[]数组中未配置到相应的net_protocol结构，报文就会被丢弃掉。比如OSPF报文（协议类型为89）在inet_protos[]数组中没有相应的项，内核会将其丢弃掉，这种报文只能提供网络层原始套接字接收到用户态来处理。

<p align="center">?

<p align="center">图6??inet_protos[]数组结构

??? 网络层原始套接字的总体接收流程如下，最终会将skb挂到相应套接字上，并唤醒用户态进程读取报文数据。

网卡驱动->netif_receive_skb()->ip_rcv()->ip_rcv_finish()->ip_local_deliver()->ip_local

_deliver_finish()->raw_v4_input()->raw_rcv()->raw_rcv_skb()->sock_queue_rcv_skb()

（编辑：威海站长网）

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链路层原始套接字的信息可通过/proc/net/packet进行查看。如下为图2和图3中创建的原始套接字的信息，可以查看到创建时指定的协议类型、是否绑定网口、已使用的接收缓存大小等信息。这些信息对于分析和定位问题有帮助。?

cat /proc/net/packet

sk RefCnt Type Proto Iface R Rmem User Inode

ffff810007df8400 3 3 0810 0 1 0 0 1310

ffff810007df8800 3 3 0806 0 1 0 0 1309

ffff810007df8c00 3 3 0800 0 1 560 0 1308

ffff810007df8000 3 3 0003 0 1 560 0 1307

ffff810007df3800 3 3 0003 0 1 560 0 1306

2.3??网络层原始套接字的实现

2.3.1??套接字创建

如图4所示，在IPV4协议栈中一个传输层协议（如TCP，UDP，UDP-Lite等）对应一个inet_protosw结构，而inet_protosw结构中又包含了proto_ops结构和proto结构。网络子系统初始化时将所有的inet_protosw结构hash到全局的inetsw[]数组中。proto_ops结构实现的是从与协议无关的套接口层到协议相关的传输层的转接，而proto结构又将传输层映射到网络层。

??? 调用socket()函数创建套接字的流程如下，网络层原始套接字最终由inet_create()创建。

sys_socket()->sock_create()->__sock_create()->inet_create()

??? inet_create()函数除用于创建网络层原始套接字外，还用于创建TCP、UDP套接字。首先根据socket()函数的第二个参数（即SOCK_RAW）在inetsw[]数组中匹配到相应的inet_protosw结构。并将套接字结构的ops设置为inet_sockraw_ops，将套接字结构的sk_prot设置为raw_prot。然后对于SOCK_RAW类型套接字，还要将inet->num设置为协议类型，以便最后能调用proto结构的hash函数（即raw_v4_hash()）。

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