Linux-4.20.8内核桥收包源码解析（四）----------netif_receive

本文主要是介绍Linux-4.20.8内核桥收包源码解析（四）----------netif_receive_skb，希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！

作者：lwyang?
内核版本：Linux-4.20.8

netif_receive_skb实现了报文递交到上层协议模块，具体递交方法为由指针func指向的函数确定。首先会遍历ptype_all链表，输入一份报文到ptype_all链表的输入接口，然后通过桥转发报文，若转发成功则无需输入到本地，否则遍历ptype_base链表，根据接受报文注册的协议类型调用对应的报文接受例程。

比如IP协议使用ip_packet_type变量来注册，把func设置为ip_rcv函数，如果数据包的上层类型是ETH_P_IP，pt_prev->func必然调用ip_rcv函数，把数据包递交到IP层协议模块

前文提到网卡驱动最终会调用__netif_receive_skb 进入上层协议处理

static int __netif_receive_skb(struct sk_buff *skb)
{int ret;if (sk_memalloc_socks() && skb_pfmemalloc(skb)) {...} elseret = __netif_receive_skb_one_core(skb, false);return ret;
}
static int __netif_receive_skb_one_core(struct sk_buff *skb, bool pfmemalloc)
{...//这里的pt_prev（packet_type） 为传出参数ret = __netif_receive_skb_core(skb, pfmemalloc, &pt_prev);if (pt_prev)//这里不是调用deliver_skb，而是直接调用pt_prev->func，减少了一次增加skb->users，从而减少了一次skb的释放ret = pt_prev->func(skb, skb->dev, pt_prev, orig_dev);return ret;
}

接下来才是真正进行处理的函数__netif_receive_skb_core

static int __netif_receive_skb_core(struct sk_buff *skb, bool pfmemalloc,struct packet_type **ppt_prev)
{struct packet_type *ptype, *pt_prev;rx_handler_func_t *rx_handler;struct net_device *orig_dev;bool deliver_exact = false;int ret = NET_RX_DROP;__be16 type;//记录收包时间，netdev_tstamp_prequeue为0，表示可能有包延迟net_timestamp_check(!netdev_tstamp_prequeue, skb);//记录原始收包网络设备orig_dev = skb->dev;//此时data指针是指向IP层头部的（没有vlan的情况下）//设置network_header指针 skb->network_header = skb->data - skb->head;skb_reset_network_header(skb);if (!skb_transport_header_was_set(skb))//设置transport_header指针,这里也是指向IP层skb_reset_transport_header(skb);//设置mac_len的值为以太网报文头部长度，一般为mac_len = 14// skb->mac_len = skb->network_header - skb->mac_header;skb_reset_mac_len(skb);//指向前一个packet_type 的指针为NULL，设置此指针的目的是为了提高效率//这样相当于最后一个pt_prev 指向的函数未被执行，最后一次向上层传递时，不需要在inc引用，回调中会free,这样相当于少调用了一次freept_prev = NULL;another_round://设置skb的skb_iif，记录数据包收包网络设备的索引号skb->skb_iif = skb->dev->ifindex;//将处理此数据包cpu的softnet_data结构统计已处理数据的字段processed加1__this_cpu_inc(softnet_data.processed);//如果报文为带vlan报文，在eth_type_trans中设置的skb->protocol 为 ETH_P_8021Q 或 ETH_P_8021ADif (skb->protocol == cpu_to_be16(ETH_P_8021Q) ||skb->protocol == cpu_to_be16(ETH_P_8021AD)) {//剥离vlan标签 // // |---2 bytes---|---|-|------------| 一共4字节vlan信息// 前两个字节为标签协议标识TPID（Tag Protocol Identifier）,值为0x8100，后// 后两个字节为标签控制信息TCI（Tag Control Information），前三位Priority表明帧的优先级，接下来的一位cfi用于以太网与FDDI和令牌环网交换数据时的帧格式，最后12位VLAN ID，一共4096个//首先判断skb = skb_share_check(skb, GFP_ATOMIC);判断skb是否共享（skb->users!=1 ？），如果共享则克隆一份，因为后续会修改skb的network_header，transport_header，vlan等信息//并将原skb的引用计数-1（skb->users-1），如果不克隆则会影响共享此skb的其他函数，如果此skb为不共享，则直接返回此skb//然后__vlan_hwaccel_put_tag(skb, skb->protocol, vlan_tci);设置skb->vlan_proto，skb->vlan_tci = VLAN_TAG_PRESENT | vlan_tci;//记录vlan协议到vlan_proto，以及vlan控制信息到vlan_tci 并将VLAN_TAG_PRESENT位置为1//接下来vlan_set_encap_proto  设置skb->protocol 为真正的三层协议//skb_reorder_vlan_header 将vlan信息从数据包中剥离，具体做法为从2层头部到vlan域的信息整体（目的mac+源mac）向后移4字节（vlan信息长度）//最后就是重置skb的network_header，transport_header，mac_len信息skb = skb_vlan_untag(skb);if (unlikely(!skb))goto out;}//如果tc_skip_classify为1，则跳过ETH_P_ALL 的协议处理，跳过流分类处理if (skb_skip_tc_classify(skb))goto skip_classify;//如果pfmemalloc 为真，则跳过ETH_P_ALL 的协议处理if (pfmemalloc)goto skip_taps;//如抓包程序未指定设备，遍历ptype_all链表，输入一份报文到ptype_all链表中的协议族，处理ETH_P_ALL类型的数据包list_for_each_entry_rcu(ptype, &ptype_all, list) {if (pt_prev)ret = deliver_skb(skb, pt_prev, orig_dev);pt_prev = ptype;}//遍历skb收包网络设备的ptype_all链表，处理与具体dev绑定的ETH_P_ALL协议处理例程list_for_each_entry_rcu(ptype, &skb->dev->ptype_all, list) {if (pt_prev)ret = deliver_skb(skb, pt_prev, orig_dev);pt_prev = ptype;}skip_taps:
#ifdef CONFIG_NET_INGRESS...//流分类处理
#endif//skb->tc_redirected置为0skb_reset_tc(skb);
skip_classify:if (pfmemalloc && !skb_pfmemalloc_protocol(skb))goto drop;//判断是否为vlan报文，并且vlan_tci 的VLAN_TAG_PRESENT位为1（skb_vlan_untag中进行过设置）if (skb_vlan_tag_present(skb)) {//若pt_prev 不为空，则表示进行过ETH_P_ALL 协议类型处理，执行刚刚链表的最后一个协议处理函数，并将pt_prev 置为NULLif (pt_prev) {ret = deliver_skb(skb, pt_prev, orig_dev);pt_prev = NULL;}//vlan处理函数// skb_share_check判断skb是否共享，共享则克隆// skb->dev = vlan_dev; 设置skb的dev为vlan网络设备，一般如eth0.10（vlan为10的设备）// 若skb->dev和vlan_dev的mac地址不同，则还需要判断skb目的mac地址是否等于vlan设备的目的mac，若等于则设置skb->pkt_type = PACKET_HOST// skb->priority 根据vlan_tci中的优先级信息设置skb的优先级// skb->vlan_tci = 0; 将vlan控制信息置为0，不需要此信息了// 更新vlan设备的收包统计信息if (vlan_do_receive(&skb))// 完成vlan处理后，改变了skb->dev，跳转到another_round重新执行// 此时有一个问题：是否会重复执行ETH_P_ALL 协议处理函数，答案：不会。因为一般会判断orig_dev和skb->dev一否一致，此时已经不一致了goto another_round;else if (unlikely(!skb))goto out;}//若rx_handler 不为NULL，则进入桥处理，rx_handler 在br_add_if中注册的这个函数rx_handler = rcu_dereference(skb->dev->rx_handler);if (rx_handler) {//若pt_prev 不为空，则表示进行过ETH_P_ALL 协议类型处理，执行刚刚链表的最后一个协议处理函数，并将pt_prev 置为NULLif (pt_prev) {ret = deliver_skb(skb, pt_prev, orig_dev);pt_prev = NULL;}//执行rx_handler 函数，为br_handle_frame 函数，在br_add_if中注册的这个函数// 下面根据桥处理的返回值进行下一步处理switch (rx_handler(&skb)) {//skb was consumed by rx_handler, do not process it further.// 桥已经处理该数据包，该数据包会以其他的方式传送case RX_HANDLER_CONSUMED:ret = NET_RX_SUCCESS;goto out;//Do another round in receive path. This is indicated in case skb->dev was changed by rx_handler//桥改变的数据包的skb->dev，需要another_round进行再一次的处理case RX_HANDLER_ANOTHER:goto another_round;//Force exact delivery, no wildcard//数据包只会传送到注册为具体网络设备（ptype->dev == skb->dev）的协议处理例程case RX_HANDLER_EXACT:deliver_exact = true;//Do nothing, pass the skb as if no rx_handler was called//正常传送case RX_HANDLER_PASS:break;default:BUG();}}...//记录IP层的协议类型type = skb->protocol;/* deliver only exact match when indicated *///若未设置精确传送，向未指定设备的协议处理例程传送一份数据if (likely(!deliver_exact)) {deliver_ptype_list_skb(skb, &pt_prev, orig_dev, type,&ptype_base[ntohs(type) &PTYPE_HASH_MASK]);}//交给与原设备的绑定的具体处理协议例程处理deliver_ptype_list_skb(skb, &pt_prev, orig_dev, type,&orig_dev->ptype_specific);//如果skb的当前设备与原设备不同（进行过vlan处理或桥处理），则交给绑定当前设备的具体处理协议函数处理if (unlikely(skb->dev != orig_dev)) {deliver_ptype_list_skb(skb, &pt_prev, orig_dev, type,&skb->dev->ptype_specific);}//如果pt_prev 不为空，表明上面链表处理过程中还留下最后一个协议处理函数还没有执行//此时就将这个协议处理函数传出到外层函数__netif_receive_skb_one_core调用pt_prev->func进行处理//外层函数处理时就不需要deliver_skb来增加skb->users，减少了一次skb的释放if (pt_prev) {if (unlikely(skb_orphan_frags_rx(skb, GFP_ATOMIC)))goto drop;*ppt_prev = pt_prev;} else {
drop:if (!deliver_exact)atomic_long_inc(&skb->dev->rx_dropped);elseatomic_long_inc(&skb->dev->rx_nohandler);kfree_skb(skb);/* Jamal, now you will not able to escape explaining* me how you were going to use this. :-)*/ret = NET_RX_DROP;}out:return ret;
}

【补充一个小细节】
带有vlan信息时，在skb_vlan_untag(skb);函数中，是怎么获取到vlan信息的？

//vlan头部结构体
struct vlan_hdr {//vlan 控制信息（2字节）__be16 h_vlan_TCI;//报文实际协议类型（2字节）__be16 h_vlan_encapsulated_proto;
};

在eth_type_trans函数中，将data指针下移14字节(skb_pull_inline(skb, ETH_HLEN);)，如果此时报文带vlan，vlan信息4个字节，前两个字节为标签协议标识TPID（Tag Protocol Identifier）,值为0x8100，后两个字节为标签控制信息TCI（Tag Control Information），那么此时data就指向的是TCI控制信息，因为以太网源和目的mac地址12字节，加上vlan标签协议标识2字节正好14字节
在这里插入图片描述
vhdr = (struct vlan_hdr *)skb->data; 这个函数将data后的四字节数据赋给vlan_hdr，那么h_vlan_TCI就为vlan标签控制信息，h_vlan_encapsulated_proto 即为真正的以太网协议类型。后续函数vlan_set_encap_proto 会设置skb->protocol = vhdr->h_vlan_encapsulated_proto

协议处理例程的注册
packet_type结构作为网络层的输入接口，系统支持多种协议族，因此每个协议族都会实现一个报文处理例程，此结构的功能时在链路层和网络层之间起到了桥梁的作用，在以太网上，以太网帧到达主机后，会根据协议族的报文类型调用相应的网络层接受处理函数

为向上层协议递交设备驱动收到的数据包，内核提供了表结构ptype_base和ptype_all，它们都是struct packet_type类型，ptype_base负责把不同类型（协议）的数据包递交给对应的上层协议模块，ptype_all表不区分包的协议类型，负责把所有数据包递交给某个注册的上层模块
在这里插入图片描述

struct packet_type {//网络层数据包协议类型__be16			type;	/* This is really htons(ether_type). */bool			ignore_outgoing;//接受从指定网络设备输入的数据包，若为NULL，则表示接受全部网络设备的数据包struct net_device	*dev;	/* NULL is wildcarded here	     *///协议入口处理函数int			(*func) (struct sk_buff *,struct net_device *,struct packet_type *,struct net_device *);void			(*list_func) (struct list_head *,struct packet_type *,struct net_device *);bool			(*id_match)(struct packet_type *ptype,struct sock *sk);//存储各协议族私有数据void			*af_packet_priv;//链接不同协议族报文接受例程的指针struct list_head	list;
};

在协议初始化时，内核调用dev_add_pack函数来注册某类数据包的递交方法

void dev_add_pack(struct packet_type *pt)
{struct list_head *head = ptype_head(pt);spin_lock(&ptype_lock);//将此packet_type 添加到对应的协议处理链表中list_add_rcu(&pt->list, head);spin_unlock(&ptype_lock);
}static inline struct list_head *ptype_head(const struct packet_type *pt)
{//若packet_type的协议类型为ETH_P_ALL并且dev不为空，则将此packet_type添加到对应dev的ptype_all链表中，否则加到全局ptype_all链表//若packet_type的协议类型不为ETH_P_ALL并且dev不为空，则将此packet_type添加到对应dev的ptype_specific链表，否则就加到全局ptype_base链表中if (pt->type == htons(ETH_P_ALL))return pt->dev ? &pt->dev->ptype_all : &ptype_all;elsereturn pt->dev ? &pt->dev->ptype_specific :&ptype_base[ntohs(pt->type) & PTYPE_HASH_MASK];
}

例如IP协议处理例程的注册

static int __init inet_init(void)
{...dev_add_pack(&ip_packet_type);...
}//ip_packet_type变量为上层IP数据包提供递交方法
static struct packet_type ip_packet_type __read_mostly = {//定义其注册的协议类型为ETH_P_IP.type = cpu_to_be16(ETH_P_IP),//确定ETH_P_IP的协议处理函数为ip_rcv.func = ip_rcv,.list_func = ip_list_rcv,
};

桥处理函数的注册
br_handle_frame这个函数的初始注册地点是在桥添加接口的时候，注册在桥某一个接口上

int br_add_if(struct net_bridge *br, struct net_device *dev, struct netlink_ext_ack *extack)
{struct net_bridge_port *p;int err = 0;unsigned br_hr, dev_hr;bool changed_addr;...//创建一个新的桥接口 p->br = br; p->dev = dev;p = new_nbp(br, dev); ...//register receive handler，将br_handle_frame 函数注册到此桥接口上err = netdev_rx_handler_register(dev, br_handle_frame, p);...
}int netdev_rx_handler_register(struct net_device *dev,rx_handler_func_t *rx_handler,void *rx_handler_data)
{...//将net_bridge_port 赋给dev网络设备的rx_handler_datarcu_assign_pointer(dev->rx_handler_data, rx_handler_data);//将br_handle_frame 赋给dev网络设备的rx_handlerrcu_assign_pointer(dev->rx_handler, rx_handler);...
}