ptype_base和ptype_all学习笔记

 "linux-2.6.32/include/linux/netdevice.h"
 struct packet_type {
         __be16                  type;   /* This is really htons(ether_type). */
         struct net_device       *dev;   /* NULL is wildcarded here           */
         int                     (*func) (struct sk_buff *,
                                          struct net_device *,
                                          struct packet_type *,
                                          struct net_device *);
         struct sk_buff          *(*gso_segment)(struct sk_buff *skb,
                                                 int features);
         int                     (*gso_send_check)(struct sk_buff *skb);
         struct sk_buff          **(*gro_receive)(struct sk_buff **head,
                                                struct sk_buff *skb);
         int                     (*gro_complete)(struct sk_buff *skb);
         void                    *af_packet_priv;
         struct list_head        list;
 };

"net/core/dev.c" 5753

static struct list_head ptype_base[PTYPE_HASH_SIZE] __read_mostly;

static struct list_head ptype_all __read_mostly; /* Taps */

 //当网络设备收到网络数据包时，最终会在软件中断环境里调用此函数
 int netif_receive_skb(struct sk_buff *skb)
 {
    //ptype_all 用于sniffer这样的程序
    // 发送一份拷贝给这些注册的sniffer程序
    list_for_each_entry_rcu(ptype, &ptype_all, list) {
      if (!ptype->dev || ptype->dev == skb->dev) {
        if (pt_prev)
          ret = deliver_skb(skb, pt_prev, orig_dev);
        pt_prev = ptype;
      }
    }
    // 内核编译开Bridge_config,则将该数据包让网桥函数来处理，否则handle_bridge定义为空操作，
    // 返回skb，让协议栈来处理上层协议。
    skb = handle_bridge(skb, &pt_prev, &ret, orig_dev);
    if (!skb)
      goto out;  

    skb = handle_macvlan(skb, &pt_prev, &ret, orig_dev);
    if (!skb)
      goto out;
    //对该数据包转达到其他L3协议的处理函数
    type = skb->protocol;
    list_for_each_entry_rcu(ptype, &ptype_base[ntohs(type)&], list) {
      if (ptype->type == type &&
          (!ptype->dev || ptype->dev == skb->dev)) {
        if (pt_prev)
          ret = deliver_skb(skb, pt_prev, orig_dev);
        pt_prev = ptype;
      }
    }
 }

netif_receive_skb()的主要作用体现在两个遍历链表的操作中，其中之一为遍历ptype_all 链，这些为注册到内核的一些 sniffer，将上传给这些sniffer，另一个就是遍历 ptype_base，这个就是具体的协议类型。当 eth1 接收到一个IP数据包时，它首先分别发送一份副本给每个 ptype_all 链表中的 packet_type，它们都由 package_rcv 处理，然后再根据HASH 值，在遍历另一个HASH 表时，发送一份给类型为 ETH_P_IP 的类型，它由 ip_rcv处理。如果这个链中还注册有其它 IP层的协议，它也会同时发送一个副本给它。

在数据包接收过程的那篇笔记中可以知道,在数据包的处理函数netif_receive_skb中,会先看ptype_all中是否有注册的协议,如果有,则调用相应的处理函数,然后再到ptype_base中,找到合适的协议,将skb发送到相关协议的处理函数.比如ip协议(ip_rcv)或者arp(arp_rcv)等等.此篇笔记讲的是有关ptype_all和ptype_base的相关知识点.

ptype_base和ptype_all在内核中存储的情况如下图:

可以看到,ptype_base为一个hash表,而ptype_all为一个双向链表.每一个里面注册的协议都用一个struct packet_type表示.

struct packet_type 
{
    unsigned short        type;    /*协议类型*/
    struct net_device     *dev;   
    int            (*func) (struct sk_buff *, struct net_device *,
                     struct packet_type *);
    void            *data;    /* Private to the packet type        */
    struct packet_type    *next;
};
其中需要注意的是dev参数,此参数表明了协议只处理来自dev指向device的数据,当dev=NULL时,表示该协议处理来自所有device的数据.这样,当注册自己的协议时,就可以指定自己想要监听或者接收的device.
其中注册和注销协议的函数为:
dev_add_pack(...)和dev_remove_pack(...)
这两个函数很简单,分别如下:
void dev_add_pack(struct packet_type *pt)
{
    int hash;
    br_write_lock_bh(BR_NETPROTO_LOCK);
#ifdef CONFIG_NET_FASTROUTE
    /* Hack to detect packet socket */
    if ((pt->data) && ((int)(pt->data)!=1)) {
        netdev_fastroute_obstacles++;
        dev_clear_fastroute(pt->dev);
    }
#endif
    if (pt->type == htons(ETH_P_ALL)) {
        netdev_nit++;
        pt->next=ptype_all;
        ptype_all=pt;
    } else {
        hash=ntohs(pt->type)&15;
        pt->next = ptype_base[hash];
        ptype_base[hash] = pt;
    }
    br_write_unlock_bh(BR_NETPROTO_LOCK);
}
此函数判断协议类型,然后加到ptype_base或者ptype_all中.
void dev_remove_pack(struct packet_type *pt)
{
    struct packet_type **pt1;
    br_write_lock_bh(BR_NETPROTO_LOCK);
    if (pt->type == htons(ETH_P_ALL)) {
        netdev_nit--;
        pt1=&ptype_all;
    } else {
        pt1=&ptype_base[ntohs(pt->type)&15];
    }
    for (; (*pt1) != NULL; pt1 = &((*pt1)->next)) {
        if (pt == (*pt1)) {
            *pt1 = pt->next;
#ifdef CONFIG_NET_FASTROUTE
            if (pt->data)
                netdev_fastroute_obstacles--;
#endif
            br_write_unlock_bh(BR_NETPROTO_LOCK);
            return;
        }
    }
    br_write_unlock_bh(BR_NETPROTO_LOCK);
    printk(KERN_WARNING "dev_remove_pack: %p not found.\n", pt);
}
此函数也很简单,只是把协议从相关的链表中移除.
下面以ip协议为例子来看看相关的实现:
ip协议结构体的定义如下:
static struct packet_type ip_packet_type =
{
    __constant_htons(ETH_P_IP),
    NULL,    /* All devices */
    ip_rcv,
    (void*)1,
    NULL,
};
当ipv4协议栈初始化时,会调用ip_init.之后,所有协议类型为ETH_P_IP的包都会交由ip_rcv处理.代码如下:
void __init ip_init(void)
{
    dev_add_pack(&ip_packet_type);
    ip_rt_init();
    inet_initpeers();
#ifdef CONFIG_IP_MULTICAST
    proc_net_create("igmp", 0, ip_mc_procinfo);
#endif
}
这样在系统启动之后,ip协议便被注册到ptype_base链表中,相应的处理函数为ip_rcv.
arp协议和其他类型的协议(在ptype_base或者ptype_all中的)的执行过程同理.
本人初学网络,水平很菜,如有错误,希望看到的朋友们及时指出,不胜感激.
ps1:记得刚来实验室的时候,做的截包模块的第一种方法是用的netfilter,第二种方法主要就是用到的这块知识.现在总结起来,觉得还算简单,当初却用了很长时间,想想,真是难者不会,会者不难啊.今天看书的时候,好像又发现了另外一种方法可以实现我的要求,记录在ps2上.
ps2:在数据链路层截包的另一种方法:用PF_PACKET socket type.linux可以用此类型套节字直接从链路层截获或者注入数据.发送数据时,直接发送到dev_queue_xmit.而接收函数时,可以在数据包通过路由之前截获到.如tcpdump和Ethereal都是用到了此套接字.那么总结起来可以看出,截获数据包至少可以有三种方法实现,第一种的netfilter是在协议栈中截获数据包,而利用ptype_all或者ptype_base和后面这种套节字的方法是在链路层截获数据包.