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编程问答

Internet 网络协议族

發布時間：2023/12/20 编程问答 31 豆豆

生活随笔收集整理的這篇文章主要介紹了 Internet 网络协议族小編覺得挺不錯的,現在分享給大家,幫大家做個參考.

1、linux目前支持多種協議族，每個協議族用一個net_porto_family結構實例來表示，在初始化時，會調用sock_register()函數初始化注冊到net_families[NPROTO]中去；

同時出現了一個地址族的概念，目前協議族和地址族是一一對應關系。歷史上曾經有一個協議族支持多個地址族，實際上從未實現過。在socket.h文件中PF_XX和AF_XX 值一樣

2、由于不同協議族的結構差別很大，為了封裝統一，以便在初始化時，可以統一接口，于是就有了net_proto_family。其用sock_register統一注冊，初始化鉤子，具體初始化，其實現見鉤子實現，類似于VFS 的實現方式。一種很好的設計思想。

/*ops->create在應用程序創建套接字的時候，引起系統調用，從而在函數__sock_create中執行ops->create netlink為netlink_family_ops 應用層創建套接字的時候，內核系統調用sock_create，然后執行該函數 pf_inet的net_families[]為inet_family_ops，對應的套接口層ops參考inetsw_array中的inet_stream_ops inet_dgram_ops inet_sockraw_ops，傳輸層操作集分別為tcp_prot udp_prot raw_prot netlink的net_families[]netlink_family_ops，對應的套接口層ops為netlink_ops family協議族通過sock_register注冊傳輸層接口tcp_prot udp_prot netlink_prot等通過proto_register注冊 IP層接口通過inet_add_protocol(&icmp_protocol等注冊，這些組成過程參考inet_init函數*/ struct net_proto_family {//操作集參考inetsw_arrayint family;int (*create)(struct net *net, struct socket *sock,int protocol, int kern);協議族的套接字創建函數指針，每個協議族實現都不同struct module *owner; };

Internet 協議族的net_proto_family結構實例為inet_family_ops，創建套接字socket時，其調用接口為inet_create().

2、inet_protosw 結構

/* This is used to register socket interfaces for IP protocols. */ struct inet_protosw {struct list_head list;/* 初始化時將相同的type的inet_protosw散列在同一個鏈表*//* These two fields form the lookup key. */unsigned short type; /* This is the 2nd argument to socket(2). 表示套接口字的類型，對于Internet 協議族有三種類型 SOCK_STREAM SOCK_DGRAM SOCK_RAW 對于與應用層socket函數的第二個參數type*/unsigned short protocol; /* This is the L4 protocol number. */struct proto *prot; /*套接口網絡層口，tcp為tcp_port udp為udp_port 原始套接字為raw_port*/const struct proto_ops *ops;/* 套接口傳輸層接口，tcp為inet_stream_ops,udp 為inet_dgram_ops,原始套接字為inet_sockraw_ops*/unsigned char flags; /* See INET_PROTOSW_* below. */ }; #define INET_PROTOSW_REUSE 0x01 /* Are ports automatically reusable? 端口重用*/ #define INET_PROTOSW_PERMANENT 0x02 /* Permanent protocols are unremovable. 協議不能被替換卸載*/ #define INET_PROTOSW_ICSK 0x04 /* Is this an inet_connection_sock? 是不是為連接類型的接口*/ View Code

?tcp 不能被替換卸載切為連接型套接字，udp 不能被替換和卸載，rawsocket端口可以重用。

/* Upon startup we insert all the elements in inetsw_array[] into* the linked list inetsw.在初始化的時候我們會將上面數組中的的元素按套接字類型插入static struct list_head inetsw[SOCK_MAX];鏈表數組中*/ /* * inetsw_array數組包含三個inet_protosw結構的實例，分別對應* TCP、UDP和原始套接字。在Internet協議族初始化函數inet_init()中* 調用inet_register_protosw()將inetsw_array數組中* 的inet_protosw結構實例，以其type值為key組織到散列表inetsw中，* 也就是說各協議族中type值相同而protocol值不同的inet_protosw結構* 實例，在inetsw散列表中以type為關鍵字連接成鏈表，通過inetsw* 散列表可以找到所有協議族的inet_protosw結構實例。*/ //ipv4_specific是TCP傳輸層到網絡層數據發送以及TCP建立過程的真正OPS，在tcp_prot->init中被賦值給inet_connection_sock->icsk_af_ops static struct inet_protosw inetsw_array[] = //這個和應用層創建套接字相關，個人我理解是屬于套接口層,為了把套接口層和傳輸層銜接起來(tcp_protocol udp_protol icmp_protocol) {{ .type = SOCK_STREAM, //在inet_create的時候，用它做為關鍵字，把下面這幾個成員聯系在一起.protocol = IPPROTO_TCP,//tcp_prot udp proto raw_proto頭添加到的proto_list中，通過遍歷該鏈表就可以知道有哪些傳輸層協議添加到該鏈表中 //協議最終都是通過inet_init中的proto_register添加到proto_list鏈表中的。family協議族通過sock_register注冊 //傳輸層接口tcp_prot udp_prot netlink_prot等通過proto_register注冊 //IP層接口通過inet_add_protocol(&icmp_protocol等注冊，這些組成過程參考inet_init函數.prot = &tcp_prot,//傳輸層操作集在inet_create中的sk_alloc中賦值 // 先執行ops中的函數，然后執行prot中對應的函數 proto結構為網絡接口層， //結構中的操作實現傳輸層的操作和從傳輸層到網絡層調用的跳轉， //在proto結構中的某些成員跟proto_ops結構中的成員對應，比如connect()等.ops = &inet_stream_ops,//套接口層操作集,也就是協議族操作集 // 用來區分協議族(netlink family(ops為netlink_ops)或者 inet family) // ops在創建套接字的時候被賦值，例如netlink賦值的地方在__netlink_create pf_net賦值的地方在inet_create中.no_check = 0, //為0表示始終進行校驗和操作.flags = INET_PROTOSW_PERMANENT |INET_PROTOSW_ICSK,},{.type = SOCK_DGRAM,.protocol = IPPROTO_UDP,.prot = &udp_prot,//傳輸層操作集在inet_create中的sk_alloc中賦值先執行ops中的函數，然后執行prot中對應的函數.ops = &inet_dgram_ops,//套接口層操作集用來區分協議族(netlink family(ops為netlink_ops)或者 inet family) // ops在創建套接字的時候被賦值，例如netlink賦值的地方在__netlink_create pf_net賦值的地方在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,//傳輸層操作集在inet_create中的sk_alloc中賦值先執行ops中的函數，然后執行prot中對應的函數.ops = &inet_sockraw_ops,//套接口層操作集 //用來區分協議族(netlink family(ops為netlink_ops)或者 inet family) ops在創建套接字的時候被賦值， //例如netlink賦值的地方在__netlink_create pf_net賦值的地方在inet_create中.no_check = UDP_CSUM_DEFAULT,.flags = INET_PROTOSW_REUSE,} };

3、net_protocol 結構

net_protocol 結構定義了傳輸層協議（包含icmp igmp協議）以及傳輸層的報文接收例程，此結構是網絡層和傳輸層之間的橋梁。

/* * inet_add_protocol函數用于將上述結構的實例(指針)* 存儲到inet_protos 數組中* update:* net_protocol是一個非常重要的結構，定義了協議族中支持的傳輸層協議以及傳輸層的報文接收實例。此結構是網絡層和傳輸層之間的橋梁，當網絡數據包從網絡層流向傳輸層時，* 會調用此結構中的傳輸層協議數據時，會調用此結構中的傳輸層協議數據報接收處理函數。** 內核中為Internet協議族定義了4個net_protocol結構實例---* icmp_protocol、udp_protocol、tcp_protocol和igmp_protocol* ,分別與ICMP、UDP、TCP和IGMP協議一一對應。在Internet協議族* 初始化時，調用inet_add_protocol()將它們注冊到net_protocol* 結構指針數組inet_protos[MAX_INET_PROTOS]中。在系統運行* 過程中，隨時可以用內核模塊加載/卸載方式，調用函數inet_add_protocol()* /inet_del_protocol()將net_protocol結構實例注冊到inet_protos[]數組中，* 或從中刪除。*///ops = rcu_dereference(inet_protos[proto]);通過該函數獲取對應的協議ops /* This is used to register protocols. */ struct net_protocol {void (*early_demux)(struct sk_buff *skb);/* 分組將傳遞到該函數進行進一步處理*//** 傳輸層協議數據包接收處理函數指針，當網絡層接收IP數據包* 之后，根據IP數據包所指示傳輸層協議，調用對應傳輸層* net_protocol結構的該例程接收報文。* TCP協議的接收函數為tcp_v4_rcv()，UDP協議的接收函數為* udp_rcv()，IGMP協議為igmp_rcv()，ICMP協議為icmp_rcv()。*/int (*handler)(struct sk_buff *skb);/* * 在接收到ICMP錯誤信息并需要傳遞到更高層時，* 調用該函數*//** 在ICMP模塊中接收到差錯報文后，會解析差錯報文，并根據* 差錯報文中原始的IP首部，調用對應傳輸層的異常處理* 函數err_handler。TCP協議為tcp_v4_err()，UDP為* udp_err()，IGMP則無。*/void (*err_handler)(struct sk_buff *skb, u32 info);/** no_policy標識在路由時是否進行策略路由。TCP和UDP默認不進行* 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：

4、Internet協議族的初始化

Internet協議初始化函數為inet_init ，通過fs_initcall調用，加載到內核中；

/設備物理層的初始化net_dev_init
?TCP/IP協議棧初始化inet_init? 傳輸層的協議初始化也在這里面
?傳輸層初始化proto_init? 只是為了顯示各種協議用的
?套接口層初始化sock_init? netfilter_init在套接口層初始化的時候也初始化了

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_SYSCTLip_static_sysctl_init(); #endif/** Add all the base protocols.*/ //這里面有每種協議傳輸層的接收函數，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_MULTICASTif (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結構中的節點添加到inetsw表中，以type為索引為套接字層所用/** Set the ARP module up*/arp_init();/** Set the IP module up*/ip_init();tcp_v4_init()//創建一個tcp套接字用來發送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*/ /*由于協議棧本身有發送ICMP數據報的需求，所以，需要在協議棧中創建內核態的原始套接字，用于發送ICMP數據報，這個事情在協議棧初始化時，
??????? 由 icmp_init函數完成。它為每個CPU都創建一個icmp_socket，創建工作由sock_create_kern函數完成，創建流程跟應用層創建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__); #endifif (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);

轉載于:https://www.cnblogs.com/codestack/p/9193533.html

總結

以上是生活随笔為你收集整理的Internet 网络协议族的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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