Linux内核--网络栈实现分析（五）--传输层之UDP协议（上）

浏览数：57 / 时间：2015年06月20日

本文分析基于Linux Kernel 1.2.13

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更多请看专栏，地址http://blog.csdn.net/column/details/linux-kernel-net.html

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.    
  5. int udp_rcv(struct sk_buff *skb, struct device *dev, struct options *opt,  
  6.     unsigned long daddr, unsigned short len,  
  7.     unsigned long saddr, int redo, struct inet_protocol *protocol)  
  8. {  
  9.     struct sock *sk;  
  10.     struct udphdr *uh;  
  11.     unsigned short ulen;  
  12.     int addr_type = IS_MYADDR;  
  13.       
  14.     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  
  15.         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  
  16.           
  17.     /* 
  18.      *  Get the header. 
  19.      */  
  20.     uh = (struct udphdr *) skb->h.uh;//获得UDP数据报的报头  
  21.       
  22.     ip_statistics.IpInDelivers++;  
  23.   
  24.     /* 
  25.      *  Validate the packet and the UDP length. 
  26.      */  
  27.        
  28.     ulen = ntohs(uh->len);  
  29.     //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  
  30.     //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  
  31.     if (ulen > len || len < sizeof(*uh) || ulen < sizeof(*uh))   
  32.     {  
  33.         printk("UDP: short packet: %d/%d\n", ulen, len);  
  34.         udp_statistics.UdpInErrors++;  
  35.         kfree_skb(skb, FREE_WRITE);  
  36.         return(0);  
  37.     }  
  38.   
  39.     if (uh->check && udp_check(uh, len, saddr, daddr)) //进行UDP数据包校验  
  40.     {  
  41.         /* <[email protected]> wants to know, who sent it, to 
  42.            go and stomp on the garbage sender... */  
  43.         printk("UDP: bad checksum. From %08lX:%d to %08lX:%d ulen %d\n",  
  44.                ntohl(saddr),ntohs(uh->source),  
  45.                ntohl(daddr),ntohs(uh->dest),  
  46.                ulen);  
  47.         udp_statistics.UdpInErrors++;  
  48.         kfree_skb(skb, FREE_WRITE);  
  49.         return(0);  
  50.     }  
  51.   
  52.   
  53.     len=ulen;//对len赋值为实际的UDP数据报长度  
  54.   
  55. #ifdef CONFIG_IP_MULTICAST//对多播情况进行处理  
  56.     if (addr_type!=IS_MYADDR)  
  57.     {  
  58.         /* 
  59.          *  Multicasts and broadcasts go to each listener. 
  60.          */  
  61.         struct sock *sknext=NULL;//next指针  
  62.           
  63.         /*get_sock_mcast 获取在对应端口的多播套接字队列 
  64.         *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 
  65.         */  
  66.           
  67.         sk=get_sock_mcast(udp_prot.sock_array[ntohs(uh->dest)&(SOCK_ARRAY_SIZE-1)], uh->dest,  
  68.                 saddr, uh->source, daddr);  
  69.         if(sk)  
  70.         {         
  71.             do  
  72.             {  
  73.                 struct sk_buff *skb1;  
  74.   
  75.                 sknext=get_sock_mcast(sk->next, uh->dest, saddr, uh->source, daddr);//下一个满足条件的套接字  
  76.                 if(sknext)  
  77.                     skb1=skb_clone(skb,GFP_ATOMIC);  
  78.                 else  
  79.                     skb1=skb;  
  80.                 if(skb1)  
  81.                     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  
  82.                 sk=sknext;  
  83.             }  
  84.             while(sknext!=NULL);  
  85.         }  
  86.         else  
  87.             kfree_skb(skb, FREE_READ);  
  88.         return 0;  
  89.     }     
  90. #endif  
  91.     sk = get_sock(&udp_prot, uh->dest, saddr, uh->source, daddr);  
  92.     if (sk == NULL) //没有找到本地对应的套接字，则进行出错处理  
  93.     {  
  94.         udp_statistics.UdpNoPorts++;  
  95.         if (addr_type == IS_MYADDR)   
  96.         {  
  97.             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  
  98.         }  
  99.         /* 
  100.          * Hmm.  We got an UDP broadcast to a port to which we 
  101.          * don‘t wanna listen.  Ignore it. 
  102.          */  
  103.         skb->sk = NULL;  
  104.         kfree_skb(skb, FREE_WRITE);  
  105.         return(0);  
  106.     }  
  107.   
  108.     return udp_deliver(sk,uh,skb,dev, saddr, daddr, len);//调用函数发送套接字  
  109. }  

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.    
  5. struct sock *get_sock_mcast(struct sock *sk, //套接字指针  
  6.                 unsigned short num,//本地端口  
  7.                 unsigned long raddr,//远端地址  
  8.                 unsigned short rnum,//远端端口  
  9.                 unsigned long laddr)//本地地址   
  10. {  
  11.     struct sock *s;  
  12.     unsigned short hnum;  
  13.   
  14.     hnum = ntohs(num);  
  15.   
  16.     /* 
  17.      * SOCK_ARRAY_SIZE must be a power of two.  This will work better 
  18.      * than a prime unless 3 or more sockets end up using the same 
  19.      * array entry.  This should not be a problem because most 
  20.      * well known sockets don‘t overlap that much, and for 
  21.      * the other ones, we can just be careful about picking our 
  22.      * socket number when we choose an arbitrary one. 
  23.      */  
  24.       
  25.     s=sk;  
  26.   
  27.     for(; s != NULL; s = s->next)   
  28.     {  
  29.         if (s->num != hnum) //本地端口不符合，跳过  
  30.             continue;  
  31.         if(s->dead && (s->state == TCP_CLOSE))//dead=1表示该sock结构已经处于释放状态  
  32.             continue;  
  33.         if(s->daddr && s->daddr!=raddr)//sock的远端地址不等于条件中的远端地址  
  34.             continue;  
  35.         if (s->dummy_th.dest != rnum && s->dummy_th.dest != 0)  
  36.             continue;  
  37.         if(s->saddr  && s->saddr!=laddr)//sock的本地地址不等于条件的本地地址  
  38.             continue;  
  39.         return(s);  
  40.     }  
  41.     return(NULL);  
  42. }  

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.     /* 
  15.      *  These are supposed to be switched.  
  16.      */  
  17.        
  18.     skb->daddr = saddr;//设置目的地址为本地地址  
  19.     skb->saddr = daddr;//设置源地址为远端地址  
  20.   
  21.   
  22.     /* 
  23.      *  Charge it to the socket, dropping if the queue is full. 
  24.      */  
  25.   
  26.     skb->len = len - sizeof(*uh);    
  27.        
  28.     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  
  29.     {  
  30.         udp_statistics.UdpInErrors++;  
  31.         ip_statistics.IpInDiscards++;  
  32.         ip_statistics.IpInDelivers--;  
  33.         skb->sk = NULL;  
  34.         kfree_skb(skb, FREE_WRITE);  
  35.         release_sock(sk);  
  36.         return(0);  
  37.     }  
  38.     udp_statistics.UdpInDatagrams++;  
  39.     release_sock(sk);  
  40.     return(0);  
  41. }  
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.   
  6. int sock_queue_rcv_skb(struct sock *sk, struct sk_buff *skb)  
  7. {  
  8.     unsigned long flags;  
  9.     if(sk->rmem_alloc + skb->mem_len >= sk->rcvbuf)  
  10.         return -ENOMEM;  
  11.     save_flags(flags);  
  12.     cli();  
  13.     sk->rmem_alloc+=skb->mem_len;  
  14.     skb->sk=sk;  
  15.     restore_flags(flags);  
  16.     skb_queue_tail(&sk->receive_queue,skb);  
  17.     if(!sk->dead)  
  18.         sk->data_ready(sk,skb->len);  
  19.     return 0;  
  20. }  

这里就完成了数据包从网络层到传输层的传输。下面的博文将会分析数据包的从上到下的传输过程。

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