Linux 路由 (1)

        路由，在网络技术中扮演着核心且任务繁重的角色，由于调用频繁，所以它的性能非常重要，再加上它为每一个数据包指明了前进的道路。如同我们写信一样，只要指明了目的地址，那么根据这个信息，邮件就会被尽力送达，数据包也是如果，当我们指定了目的 IP，那么就需要有一种强有力的机制来保证它会被送达，来确保这一目的的机制就是路由。
        先来解释下，一个数据包如何能一步步到达目的主机的。那么首先就要明白一点，在一个局域网内，网卡的传递数据包的时候是不需要 IP 的，只需要知道目的 MAC 地址，即如果目的主机在相同的局域网中，只需要查到它的 IP 对应的 MAC，就可以把数据包发给它。即要想发送一个数据包给一个目的主机，只需要把包发到它的局域网就行了，而局域网与局域网之间的连接，往往需要有一个接口，我们就叫它网关。当要发送一个数据包时，这里往往就是一个 IP 包，会给它指定一个目的 IP，网络协议栈会根据自己的路由，判断目的主机是不是在自己的局域网中，即一个子网中，如果在，那么很简单，直接按前面提到的方法传送，如果不在，那么本地路由表应该指出，该数据包应该由哪个网卡发送，应该发给的下一台主机是谁，由下一台主机继续决定如何处理这个数据包。这样，数据包就可以进入下一个子网，如果目的主机不在下一个子网，那么继续路由，直到到达目的地

，或者不能够决策而丢弃。

        其实上面就提到了路由的几个重要的概念，子网，下一跳的地址，从自己的哪个网卡发包。
        而 Linux 在此基础上又进行了进一步的扩展，产生了一种叫做策略路由的机制，即存在多张路由表，具体如何选择这些路由表，是由一些策略决定的。也就是当发一个数据包时，根据该数据包的一些特性，如源地址，目的地址，tos 等信息，去检查是否和制定的一些规则匹配，如果匹配成功，则根据该规则指定的路由表将被使用。下图就是策略路由的框架：

       从图中我们可以看出，当进行路由查找时，先去按顺序搜索规则链表，去进行匹配。我们以代码来理解 linux 下的策略路由的实现，笔者的 linux 版本号为 2.6.27.62。

        上图是以 IP v4 为例，具体的数据结构图，路由策略都是被以连接到 fib4_rules_ops_template->rules_list 的单链表中。ip v4 的策略是由 fib4_rules_ops_template 来表示的，它指定了策略链表的位置，以及策略的匹配规则，以及，匹配成功后的操作。我们以 udp 的发包为例讲解，上述的结构如何应用到策略路由中。
        udp 的发包是在 udp_sendmsg 中完成的，当需要路由时，它会传入 源地址，源端口，目的地址，目的端口，tos 等信息，然后调用，ip_route_output_flow 来查找路由，查找路由过程中为了加快速度，会先查找 cache 中的内容，这里我们略过，直接看查找一个不在 cache 中的路由的过程，这更具有意义一些，它会依次调用 __ip_route_output_key， ip_route_output_slow，从而通过 fib_lookup 来查找路由表，这里是调用 net/ipv4/fib_fules.c 里的 fib_lookup。它会继续调用 fib_rules_lookup 来遍历策略表，即 fib4_rules_ops_template->rules_list。代码如下：

int fib_rules_lookup(struct fib_rules_ops *ops, struct flowi *fl,
		     int flags, struct fib_lookup_arg *arg)
{
	struct fib_rule *rule;
	int err;

	rcu_read_lock();

	list_for_each_entry_rcu(rule, &ops->rules_list, list) {
jumped:
		if (!fib_rule_match(rule, ops, fl, flags))
			continue;

		if (rule->action == FR_ACT_GOTO) {
			struct fib_rule *target;

			target = rcu_dereference(rule->ctarget);
			if (target == NULL) {
				continue;
			} else {
				rule = target;
				goto jumped;
			}
		} else if (rule->action == FR_ACT_NOP)
			continue;
		else
			err = ops->action(rule, fl, flags, arg);

		if (err != -EAGAIN) {
			fib_rule_get(rule);
			arg->rule = rule;
			goto out;
		}
	}

	err = -ESRCH;
out:
	rcu_read_unlock();

	return err;
}

        这就是策略路由中策略的核心所在，由于策略添加时是有顺序的，所以在匹配策略时是按照，本地策略，自定义策略，主策略，默认策略来搜索。匹配方法是由 fib4_rule_match 来实现，根据策略定义的 action 来决定下一步动作，而每个策略都会指定一个路由表，即是我们将使用的路由表。
        （未完待续）