UDP协议

本文分析基于Linux Kernel 1.2.13

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作者：闫明

注：标题中的”（上）“，”（下）“表示分析过程基于数据包的传递方向：”（上）“表示分析是从底层向上分析、”（下）“表示分析是从上向下分析。

这里看看数据包从IP层是如何交给传输层来处理的，为了方便，这里传输层以UDP协议为例来分析。

从ip_rcv()函数中可以看到

1. /*
2. * Pass on the datagram to each protocol that wants it,
3. * based on the datagram protocol.  We should really
4. * check the protocol handler's return values here...
5. */
6. ipprot->handler(skb2, dev, opts_p ? &opt : 0, iph->daddr,
7. (ntohs(iph->tot_len) - (iph->ihl * 4)),
8. iph->saddr, 0, ipprot);

这里调用指定协议的handler函数，如果是UDP协议，该函数的定义 udp_protocol如下

1. static struct inet_protocol udp_protocol = {
2. udp_rcv,      /* UDP handler      */
3. NULL,         /* Will be UDP fraglist handler */
4. udp_err,      /* UDP error control    */
5. &tcp_protocol,    /* next         */
6. IPPROTO_UDP,      /* protocol ID      */
7. 0,            /* copy         */
8. NULL,         /* data         */
9. "UDP"         /* name         */
10. };

先看UDP协议数据报的报头定义如下：比较简单

1. struct udphdr {
2. unsigned short    source;//源端口
3. unsigned short    dest;//目的端口
4. unsigned short    len;//数据包长度
5. unsigned short    check;//检验和
6. };

下面就分析下udp_rcv()函数，流程图：

1. /*
2. *  All we need to do is get the socket, and then do a checksum.
3. */
4. int udp_rcv(struct sk_buff *skb, struct device *dev, struct options *opt,
5. unsigned long daddr, unsigned short len,
6. unsigned long saddr, int redo, struct inet_protocol *protocol)
7. {
8. struct sock *sk;
9. struct udphdr *uh;
10. unsigned short ulen;
11. int addr_type = IS_MYADDR;
12. if(!dev || dev->pa_addr!=daddr)//检查这个数据包是不是发送给本地的数据包
13. addr_type=ip_chk_addr(daddr);//该函数定义在devinet.c中，用于检查ip地址是否是本地或多播、广播地址
14. /*
15. *  Get the header.
16. */
17. uh = (struct udphdr *) skb->h.uh;//获得UDP数据报的报头
18. ip_statistics.IpInDelivers++;
19. /*
20. *  Validate the packet and the UDP length.
21. */
22. ulen = ntohs(uh->len);
23. //参数len表示ip负载长度(IP数据报的数据部分长度)= UDP数据包头+UDP数据包的数据部分+填充部分长度
24. //ulen表示的是UDP数据报首部和负载部分的长度，所以正常情况下len>=ulen
25. if (ulen > len || len < sizeof(*uh) || ulen < sizeof(*uh))
26. {
27. printk("UDP: short packet: %d/%d\n", ulen, len);
28. udp_statistics.UdpInErrors++;
29. kfree_skb(skb, FREE_WRITE);
30. return(0);
31. }
32. if (uh->check && udp_check(uh, len, saddr, daddr)) //进行UDP数据包校验
33. {
34. /* <mea@utu.fi> wants to know, who sent it, to
35. go and stomp on the garbage sender... */
36. printk("UDP: bad checksum. From %08lX:%d to %08lX:%d ulen %d\n",
37. ntohl(saddr),ntohs(uh->source),
38. ntohl(daddr),ntohs(uh->dest),
39. ulen);
40. udp_statistics.UdpInErrors++;
41. kfree_skb(skb, FREE_WRITE);
42. return(0);
43. }
44. len=ulen;//对len赋值为实际的UDP数据报长度
45. #ifdef CONFIG_IP_MULTICAST//对多播情况进行处理
46. if (addr_type!=IS_MYADDR)
47. {
48. /*
49. *  Multicasts and broadcasts go to each listener.
50. */
51. struct sock *sknext=NULL;//next指针
52. /*get_sock_mcast 获取在对应端口的多播套接字队列
53. *下面函数的参数依次表示:sock结构指针，本地端口，远端地址，远端端口，本地地址
54. */
55. sk=get_sock_mcast(udp_prot.sock_array[ntohs(uh->dest)&(SOCK_ARRAY_SIZE-1)], uh->dest,
56. saddr, uh->source, daddr);
57. if(sk)
58. {
59. do
60. {
61. struct sk_buff *skb1;
62. sknext=get_sock_mcast(sk->next, uh->dest, saddr, uh->source, daddr);//下一个满足条件的套接字
63. if(sknext)
64. skb1=skb_clone(skb,GFP_ATOMIC);
65. else
66. skb1=skb;
67. if(skb1)
68. udp_deliver(sk, uh, skb1, dev,saddr,daddr,len);//对满足条件的套接字调用发送函数发送
69. sk=sknext;
70. }
71. while(sknext!=NULL);
72. }
73. else
74. kfree_skb(skb, FREE_READ);
75. return 0;
76. }
77. #endif
78. sk = get_sock(&udp_prot, uh->dest, saddr, uh->source, daddr);
79. if (sk == NULL) //没有找到本地对应的套接字，则进行出错处理
80. {
81. udp_statistics.UdpNoPorts++;
82. if (addr_type == IS_MYADDR)
83. {
84. icmp_send(skb, ICMP_DEST_UNREACH, ICMP_PORT_UNREACH, 0, dev);//回复ICMP出错报文，目的主机不可达
85. }
86. /*
87. * Hmm.  We got an UDP broadcast to a port to which we
88. * don't wanna listen.  Ignore it.
89. */
90. skb->sk = NULL;
91. kfree_skb(skb, FREE_WRITE);
92. return(0);
93. }
94. return udp_deliver(sk,uh,skb,dev, saddr, daddr, len);//调用函数发送套接字
95. }

上面函数中调用了get_sock_mcast()函数，下面具体分析一下该函数的功能，该函数定义的位置在文件af_inet.c中

1. /*
2. *  Deliver a datagram to broadcast/multicast sockets.
3. */
4. struct sock *get_sock_mcast(struct sock *sk, //套接字指针
5. unsigned short num,//本地端口
6. unsigned long raddr,//远端地址
7. unsigned short rnum,//远端端口
8. unsigned long laddr)//本地地址
9. {
10. struct sock *s;
11. unsigned short hnum;
12. hnum = ntohs(num);
13. /*
14. * SOCK_ARRAY_SIZE must be a power of two.  This will work better
15. * than a prime unless 3 or more sockets end up using the same
16. * array entry.  This should not be a problem because most
17. * well known sockets don't overlap that much, and for
18. * the other ones, we can just be careful about picking our
19. * socket number when we choose an arbitrary one.
20. */
21. s=sk;
22. for(; s != NULL; s = s->next)
23. {
24. if (s->num != hnum) //本地端口不符合，跳过
25. continue;
26. if(s->dead && (s->state == TCP_CLOSE))//dead=1表示该sock结构已经处于释放状态
27. continue;
28. if(s->daddr && s->daddr!=raddr)//sock的远端地址不等于条件中的远端地址
29. continue;
30. if (s->dummy_th.dest != rnum && s->dummy_th.dest != 0)
31. continue;
32. if(s->saddr  && s->saddr!=laddr)//sock的本地地址不等于条件的本地地址
33. continue;
34. return(s);
35. }
36. return(NULL);
37. }

下面是udp_rcv调用的udp_deliver()函数

1. static int udp_deliver(struct sock *sk,//sock结构指针
2. struct udphdr *uh,//UDP头指针
3. struct sk_buff *skb,//sk_buff
4. struct device *dev,//接收的网络设备
5. long saddr,//本地地址
6. long daddr,//远端地址
7. int len)//数据包的长度
8. {
9. //对skb结构相应字段赋值
10. skb->sk = sk;
11. skb->dev = dev;
12. //skb->len = len;
13. /*
14. *  These are supposed to be switched.
15. */
16. skb->daddr = saddr;//设置目的地址为本地地址
17. skb->saddr = daddr;//设置源地址为远端地址
18. /*
19. *  Charge it to the socket, dropping if the queue is full.
20. */
21. skb->len = len - sizeof(*uh);
22. if (sock_queue_rcv_skb(sk,skb)<0) //调用sock_queu_rcv_skb()函数，将skb挂到sk接构中的接收队列中
23. {
24. udp_statistics.UdpInErrors++;
25. ip_statistics.IpInDiscards++;
26. ip_statistics.IpInDelivers--;
27. skb->sk = NULL;
28. kfree_skb(skb, FREE_WRITE);
29. release_sock(sk);
30. return(0);
31. }
32. udp_statistics.UdpInDatagrams++;
33. release_sock(sk);
34. return(0);
35. }

sock_queu_rcv_skb()函数的实现如下：

1. /*
2. *  Queue a received datagram if it will fit. Stream and sequenced protocols
3. *  can't normally use this as they need to fit buffers in and play with them.
4. */
5. int sock_queue_rcv_skb(struct sock *sk, struct sk_buff *skb)
6. {
7. unsigned long flags;
8. if(sk->rmem_alloc + skb->mem_len >= sk->rcvbuf)
9. return -ENOMEM;
10. save_flags(flags);
11. cli();
12. sk->rmem_alloc+=skb->mem_len;
13. skb->sk=sk;
14. restore_flags(flags);
15. skb_queue_tail(&sk->receive_queue,skb);
16. if(!sk->dead)
17. sk->data_ready(sk,skb->len);
18. return 0;
19. }