本篇內(nèi)容介紹了“Linux數(shù)據(jù)包的發(fā)送過程”的有關(guān)知識(shí),在實(shí)際案例的操作過程中,不少人都會(huì)遇到這樣的困境,接下來就讓小編帶領(lǐng)大家學(xué)習(xí)一下如何處理這些情況吧!希望大家仔細(xì)閱讀,能夠?qū)W有所成!
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socket層
+-------------+ | Application | +-------------+ | | ↓ +------------------------------------------+ | socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, IPPROTO_UDP) | +------------------------------------------+ | | ↓ +-------------------+ | sendto(sock, ...) | +-------------------+ | | ↓ +--------------+ | inet_sendmsg | +--------------+ | | ↓ +---------------+ | inet_autobind | +---------------+ | | ↓ +-----------+ | UDP layer | +-----------+
socket(...): 創(chuàng)建一個(gè)socket結(jié)構(gòu)體,并初始化相應(yīng)的操作函數(shù),由于我們定義的是UDP的socket,所以里面存放的都是跟UDP相關(guān)的函數(shù)
sendto(sock, ...): 應(yīng)用層的程序(Application)調(diào)用該函數(shù)開始發(fā)送數(shù)據(jù)包,該函數(shù)數(shù)會(huì)調(diào)用后面的inet_sendmsg
inet_sendmsg: 該函數(shù)主要是檢查當(dāng)前socket有沒有綁定源端口,如果沒有的話,調(diào)用inet_autobind分配一個(gè),然后調(diào)用UDP層的函數(shù)
inet_autobind: 該函數(shù)會(huì)調(diào)用socket上綁定的get_port函數(shù)獲取一個(gè)可用的端口,由于該socket是UDP的socket,所以get_port函數(shù)會(huì)調(diào)到UDP代碼里面的相應(yīng)函數(shù)。
UDP層
| | ↓ +-------------+ | udp_sendmsg | +-------------+ | | ↓ +----------------------+ | ip_route_output_flow | +----------------------+ | | ↓ +-------------+ | ip_make_skb | +-------------+ | | ↓ +------------------------+ | udp_send_skb(skb, fl4) | +------------------------+ | | ↓ +----------+ | IP layer | +----------+
udp_sendmsg: udp模塊發(fā)送數(shù)據(jù)包的入口,該函數(shù)較長(zhǎng),在該函數(shù)中會(huì)先調(diào)用ip_route_output_flow獲取路由信息(主要包括源IP和網(wǎng)卡),然后調(diào)用ip_make_skb構(gòu)造skb結(jié)構(gòu)體,***將網(wǎng)卡的信息和該skb關(guān)聯(lián)。
ip_route_output_flow: 該函數(shù)會(huì)根據(jù)路由表和目的IP,找到這個(gè)數(shù)據(jù)包應(yīng)該從哪個(gè)設(shè)備發(fā)送出去,如果該socket沒有綁定源IP,該函數(shù)還會(huì)根據(jù)路由表找到一個(gè)最合適的源IP給它。 如果該socket已經(jīng)綁定了源IP,但根據(jù)路由表,從這個(gè)源IP對(duì)應(yīng)的網(wǎng)卡沒法到達(dá)目的地址,則該包會(huì)被丟棄,于是數(shù)據(jù)發(fā)送失敗,sendto函數(shù)將返回錯(cuò)誤。該函數(shù)***會(huì)將找到的設(shè)備和源IP塞進(jìn)flowi4結(jié)構(gòu)體并返回給udp_sendmsg
ip_make_skb: 該函數(shù)的功能是構(gòu)造skb包,構(gòu)造好的skb包里面已經(jīng)分配了IP包頭,并且初始化了部分信息(IP包頭的源IP就在這里被設(shè)置進(jìn)去),同時(shí)該函數(shù)會(huì)調(diào)用__ip_append_dat,如果需要分片的話,會(huì)在__ip_append_data函數(shù)中進(jìn)行分片,同時(shí)還會(huì)在該函數(shù)中檢查socket的send buffer是否已經(jīng)用光,如果被用光的話,返回ENOBUFS
udp_send_skb(skb, fl4) 主要是往skb里面填充UDP的包頭,同時(shí)處理checksum,然后調(diào)用IP層的相應(yīng)函數(shù)。
IP層
| | ↓ +-------------+ | ip_send_skb | +-------------+ | | ↓ +-------------------+ +-------------------+ +---------------+ | __ip_local_out_sk |------>| NF_INET_LOCAL_OUT |------>| dst_output_sk | +-------------------+ +-------------------+ +---------------+ | | ↓ +------------------+ +----------------------+ +-----------+ | ip_finish_output |<-------| NF_INET_POST_ROUTING |<------| ip_output | +------------------+ +----------------------+ +-----------+ | | ↓ +-------------------+ +------------------+ +----------------------+ | ip_finish_output2 |----->| dst_neigh_output |------>| neigh_resolve_output | +-------------------+ +------------------+ +----------------------+ | | ↓ +----------------+ | dev_queue_xmit | +----------------+
ip_send_skb: IP模塊發(fā)送數(shù)據(jù)包的入口,該函數(shù)只是簡(jiǎn)單的調(diào)用一下后面的函數(shù)
__ip_local_out_sk: 設(shè)置IP報(bào)文頭的長(zhǎng)度和checksum,然后調(diào)用下面netfilter的鉤子
NF_INET_LOCAL_OUT: netfilter的鉤子,可以通過iptables來配置怎么處理該數(shù)據(jù)包,如果該數(shù)據(jù)包沒被丟棄,則繼續(xù)往下走
dst_output_sk: 該函數(shù)根據(jù)skb里面的信息,調(diào)用相應(yīng)的output函數(shù),在我們UDP IPv4這種情況下,會(huì)調(diào)用ip_output
ip_output: 將上面udp_sendmsg得到的網(wǎng)卡信息寫入skb,然后調(diào)用NF_INET_POST_ROUTING的鉤子
NF_INET_POST_ROUTING: 在這里,用戶有可能配置了SNAT,從而導(dǎo)致該skb的路由信息發(fā)生變化
ip_finish_output: 這里會(huì)判斷經(jīng)過了上一步后,路由信息是否發(fā)生變化,如果發(fā)生變化的話,需要重新調(diào)用dst_output_sk(重新調(diào)用這個(gè)函數(shù)時(shí),可能就不會(huì)再走到ip_output,而是走到被netfilter指定的output函數(shù)里,這里有可能是xfrm4_transport_output),否則往下走
ip_finish_output2: 根據(jù)目的IP到路由表里面找到下一跳(nexthop)的地址,然后調(diào)用__ipv4_neigh_lookup_noref去arp表里面找下一跳的neigh信息,沒找到的話會(huì)調(diào)用__neigh_create構(gòu)造一個(gè)空的neigh結(jié)構(gòu)體
dst_neigh_output: 在該函數(shù)中,如果上一步ip_finish_output2沒得到neigh信息,那么將會(huì)走到函數(shù)neigh_resolve_output中,否則直接調(diào)用neigh_hh_output,在該函數(shù)中,會(huì)將neigh信息里面的mac地址填到skb中,然后調(diào)用dev_queue_xmit發(fā)送數(shù)據(jù)包
neigh_resolve_output: 該函數(shù)里面會(huì)發(fā)送arp請(qǐng)求,得到下一跳的mac地址,然后將mac地址填到skb中并調(diào)用dev_queue_xmit
netdevice子系統(tǒng)
| | ↓ +----------------+ +----------------| dev_queue_xmit | | +----------------+ | | | | | ↓ | +-----------------+ | | Traffic Control | | +-----------------+ | loopback | | or +--------------------------------------------------------------+ | IP tunnels ↓ | | ↓ | | +---------------------+ Failed +----------------------+ +---------------+ +----------->| dev_hard_start_xmit |---------->| raise NET_TX_SOFTIRQ |- - - - >| net_tx_action | +---------------------+ +----------------------+ +---------------+ | +----------------------------------+ | | ↓ ↓ +----------------+ +------------------------+ | ndo_start_xmit | | packet taps(AF_PACKET) | +----------------+ +------------------------+
dev_queue_xmit: netdevice子系統(tǒng)的入口函數(shù),在該函數(shù)中,會(huì)先獲取設(shè)備對(duì)應(yīng)的qdisc,如果沒有的話(如loopback或者IP tunnels),就直接調(diào)用dev_hard_start_xmit,否則數(shù)據(jù)包將經(jīng)過Traffic Control模塊進(jìn)行處理
Traffic Control: 這里主要是進(jìn)行一些過濾和優(yōu)先級(jí)處理,在這里,如果隊(duì)列滿了的話,數(shù)據(jù)包會(huì)被丟掉,詳情請(qǐng)參考文檔,這步完成后也會(huì)走到dev_hard_start_xmit
dev_hard_start_xmit: 該函數(shù)中,首先是拷貝一份skb給“packet taps”,tcpdump就是從這里得到數(shù)據(jù)的,然后調(diào)用ndo_start_xmit。如果dev_hard_start_xmit返回錯(cuò)誤的話(大部分情況可能是NETDEV_TX_BUSY),調(diào)用它的函數(shù)會(huì)把skb放到一個(gè)地方,然后拋出軟中斷NET_TX_SOFTIRQ,交給軟中斷處理程序net_tx_action稍后重試(如果是loopback或者IP tunnels的話,失敗后不會(huì)有重試的邏輯)
ndo_start_xmit: 這是一個(gè)函數(shù)指針,會(huì)指向具體驅(qū)動(dòng)發(fā)送數(shù)據(jù)的函數(shù)
Device Driver
ndo_start_xmit會(huì)綁定到具體網(wǎng)卡驅(qū)動(dòng)的相應(yīng)函數(shù),到這步之后,就歸網(wǎng)卡驅(qū)動(dòng)管了,不同的網(wǎng)卡驅(qū)動(dòng)有不同的處理方式,這里不做詳細(xì)介紹,其大概流程如下:
將skb放入網(wǎng)卡自己的發(fā)送隊(duì)列
通知網(wǎng)卡發(fā)送數(shù)據(jù)包
網(wǎng)卡發(fā)送完成后發(fā)送中斷給CPU
收到中斷后進(jìn)行skb的清理工作
在網(wǎng)卡驅(qū)動(dòng)發(fā)送數(shù)據(jù)***程中,會(huì)有一些地方需要和netdevice子系統(tǒng)打交道,比如網(wǎng)卡的隊(duì)列滿了,需要告訴上層不要再發(fā)了,等隊(duì)列有空閑的時(shí)候,再通知上層接著發(fā)數(shù)據(jù)。
其它
SO_SNDBUF: 從上面的流程中可以看出來,對(duì)于UDP來說,沒有一個(gè)對(duì)應(yīng)send buffer存在,SO_SNDBUF只是一個(gè)限制,當(dāng)這個(gè)socket分配的skb占用的內(nèi)存超過這個(gè)值的時(shí)候,會(huì)返回ENOBUFS,所以說只要不出現(xiàn)ENOBUFS錯(cuò)誤,把這個(gè)值調(diào)大沒有意義。從sendto函數(shù)的幫助文件里面看到這樣一句話:(Normally, this does not occur in Linux. Packets are just silently dropped when a device queue overflows.)。這里的device queue應(yīng)該指的是Traffic Control里面的queue,說明在linux里面,默認(rèn)的SO_SNDBUF值已經(jīng)夠queue用了,疑問的地方是,queue的長(zhǎng)度和個(gè)數(shù)是可以配置的,如果配置太大的話,按道理應(yīng)該有可能會(huì)出現(xiàn)ENOBUFS的情況。
txqueuelen: 很多地方都說這個(gè)是控制qdisc里queue的長(zhǎng)度的,但貌似只是部分類型的qdisc用了該配置,如linux默認(rèn)的pfifo_fast。
hardware RX: 一般網(wǎng)卡都有一個(gè)自己的ring queue,這個(gè)queue的大小可以通過ethtool來配置,當(dāng)驅(qū)動(dòng)收到發(fā)送請(qǐng)求時(shí),一般是放到這個(gè)queue里面,然后通知網(wǎng)卡發(fā)送數(shù)據(jù),當(dāng)這個(gè)queue滿的時(shí)候,會(huì)給上層調(diào)用返回NETDEV_TX_BUSY
packet taps(AF_PACKET): 當(dāng)***次發(fā)送數(shù)據(jù)包和重試發(fā)送數(shù)據(jù)包時(shí),都會(huì)經(jīng)過這里,如果發(fā)生重試的情況的話,不確定tcpdump是否會(huì)抓到兩次包,按道理應(yīng)該不會(huì),可能是我哪里沒看懂
“Linux數(shù)據(jù)包的發(fā)送過程”的內(nèi)容就介紹到這里了,感謝大家的閱讀。如果想了解更多行業(yè)相關(guān)的知識(shí)可以關(guān)注創(chuàng)新互聯(lián)網(wǎng)站,小編將為大家輸出更多高質(zhì)量的實(shí)用文章!
當(dāng)前名稱:Linux數(shù)據(jù)包的發(fā)送過程
瀏覽路徑:http://bm7419.com/article22/phdocc.html
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