网络设备中的SKB_BUFF

2024-05-09 20:08
文章标签 网络设备 buff skb

本文主要是介绍网络设备中的SKB_BUFF，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！

声明：原文摘抄自潘友华老师。

一. SKB_BUFF的基本概念
1. 一个完整的skb buff组成
(1) struct sk_buff–用于维护socket buffer状态和描述信息
(2) header data–独立于sk_buff结构体的数据缓冲区，用来存放报文分组，使各层协议的header存储在连续的空间中，以方便协议栈对其操作
(3) struct skb_shared_info –作为header data的补充，用于存储ip分片，其中sk_buff *frag_list是一系列子skbuff链表，而frag[]是由一组单独的page组成的数据缓冲区
skb buff结构图如下：

struct skb_buff
表示接收或发送数据包的包头信息，其成员变量在从一层向另一层传递时会发生修改。例如L3向L2传递前，会添加一个L3的头部，所以在添加头部前调用skb_reserve在缓冲区的头部给协议头预留一定的空间；L2向L3传递时候，L2的头部只有在 网络驱动处理L2的协议时有用，L3是不会关心它的信息的。但是，内核不会把L2的头部从缓冲区中删除，

sk_buff->h
sk_buff->nh
sk_buff->mac
指向TCP/IP各层协议头的指针：h指向L4(传输层)，nh指向L3(网络层)，mac指向L2(数据链路层)。每个指针的类型都是一个联合， 包含多个数据结构，

sk_buff->head
sk_buff->data
sk_buff->tail
sk_buff->end
表示缓冲区和数据部分的边界。在每一层申请缓冲区时，它会分配比协议头或协议数据大的空间。head和end指向缓冲区的头部和尾部，而data和 tail指向实际数据的头部和尾部。每一层会在head和data之间填充协议头，或者在tail和end之间添加新的协议数据。数据部分会在尾部包含一 个附加的头部。
下图是TCP（L4）向下发送数据给链路层L2的过程。注意skb_buff->data在从L4向L2穿越过程中的变化

几个len的区别？
(1)sk_buff->len:表示当前协议数据包的长度。它包括主缓冲区中的数据长度(data指针指向它)和分片中的数据长度。比如，处在网络层，len指的是ip包的长度，如果包已经到了应用层，则len是应用层头部和数据载荷的长度。

(2)sk_buff->data_len: data_len只计算分片中数据的长度，即skb_shared_info中有效数据总长度（包括frag_list,frags[]中的扩展数据），一般为0

(3)sk_buff->truesize:这是缓冲区的总长度，包括sk_buff结构和数据部分。如果申请一个len字节的缓冲区，alloc_skb函数会把它初始化成len+sizeof(sk_buff)。当skb->len变化时，这个变量也会变化。
通常，Data Buffer 只是一个简单的线性 buffer，这时候 len 就是线性 buffer 中的数据长度；
但在有 ‘paged data’ 情况下， Data Buffer 不仅包括第一个线性 buffer ，还包括多个 page buffer；这种情况下， ‘data_len’ 指的是 page buffer 中数据的长度，’len’ 指的是线性 buffer 加上 page buffer 的长度；len – data_len 就是线性 buffer 的长度。

二. sk_buff结构操作函数
内核通过alloc_skb()和dev_alloc_skb()为套接字缓存申请内存空间。这两个函数的定义位于net/core/skbuff.c文件内。通过这alloc_skb()申请的内存空间有两个，一个是存放实际报文数据的内存空间，通过kmalloc()函数申请；一个是sk_buff数据结构的内存空间，通过 kmem_cache_alloc()函数申请。dev_alloc_skb()的功能与alloc_skb()类似，它只被驱动程序的中断所调用，与alloc_skb()比较只是申请的内存空间长度多了16个字节。

内核通过kfree_skb()和dev_kfree_skb()释放为套接字缓存申请的内存空间。dev_kfree_skb()被驱动程序使用，功能与kfree_skb()一样。当skb->users为1时kfree_skb()才会执行释放内存空间的动作，否则只会减少skb->users的值。skb->users为1表示已没有其他用户使用该缓存了。

skb_reserve()函数为skb_buff缓存结构预留足够的空间来存放各层网络协议的头信息。该函数在在skb缓存申请成功后，加载报文数据前执行。在执行skb_reserve()函数前，skb->head，skb->data和skb->tail指针的位置的一样的，都位于skb内存空间的开始位置。这部份空间叫做headroom。有效数据后的空间叫tailroom。skb_reserve的操作只是把skb->data和skb->tail指针向后移，但缓存总长不变。

运行skb_reserve()前sk_buff的结构 

    sk_buff

———————- ———-> skb->head，skb->data，skb->tail
| |
| |
| |
| |
| |
| |
| |
| |
| |
——————— ———-> skb->end

运行skb_reserve()后sk_buff的结构 

    sk_buff

———————- ———-> skb->head
| |
| headroom |
| |
|——————— | ———-> skb->data，skb->tail
| |
| |
| |
| |
| |
——————— ———-> skb->end

skb_put()向后扩大数据区空间，tailroom空间减少，skb->data指针不变，skb->tail指针下移。

skb_push()向前扩大数据区空间，headroom空间减少，skb->tail指针不变，skb->data指针上移

skb_pull()缩小数据区空间，headroom空间增大，skb->data指针下移，skb->tail指针不变。

skb_shared_info结构位于skb->end后，用skb_shinfo函数申请内存空间。该结构主要用以描述data内存空间的信息。

——————— ———–> skb->head
| |
| |
| sk_buff |
| |
| |
| |
|———————| ———–> skb->end
| |
| skb_share_info |
| |

skb_clone和skb_copy可拷贝一个sk_buff结构，skb_clone方式是clone，只生成新的sk_buff内存区，不会生成新的data内存区，新sk_buff的skb->data指向旧data内存区。skb_copy方式是完全拷贝，生成新的sk_buff内存区和data内存区。。

三. skb 的分配细节
1. 关于 SKB 的分配细节.

LINUX 中 SKB 的分配最终是由函数 : struct sk_buff *__alloc_skb(unsigned int size, gfp_t gfp_mask,int fclone) 来完成.
SKB 可以分为 SKB 描述符与 SKB 数据区两个部分,其中描述符必须从 CACHE 中来分配 : 或者从skbuff_fclone_cache 中分配,或者从 skbuff_head_cache 中来分配.
如果从分配描述符失败,则直接反悔 NULL,表示 SKB 分配失败.

SKB 描述符分配成功后,即可分配数据区.
在具体分配数据区之前首先要对数据区的长度进行 ALIGN 操作, 通过宏 SKB_DATA_ALIGN 来重新确定 size 大小. 然后戏台调用 kmalloc 函数分配数据区 :
data = kmalloc(size + sizeof(struct skb_shared_info), gfp_mask);
需要注意的是数据区的大小是 SIZE 的大小加上 skb_shared_info 结构的大小.

数据区分配成功后,便对 SKB 描述符进行与此数据区相关的赋值操作 :
memset(skb, 0, offsetof(struct sk_buff, truesize));
skb->truesize = size + sizeof(struct sk_buff);
atomic_set(&skb->users, 1);
skb->head = data;
skb->data = data;
skb->tail = data;
skb->end = data + size;
需要主意的是, SKB 的 truesize 的大小并不包含 skb_shared_info 结构的大小. 另外,skb 的 end 成员指针也就是skb_shared_info 结构的起始指针,系统用
一个宏 : skb_shinfo 来完成寻找 skb_shared_info 结构指针的操作.

最后,系统初始化 skb_shared_info 结构的成员变量 :
atomic_set(&(skb_shinfo(skb)->dataref), 1);
skb_shinfo(skb)->nr_frags = 0;
skb_shinfo(skb)->tso_size = 0;
skb_shinfo(skb)->tso_segs = 0;
skb_shinfo(skb)->frag_list = NULL;
skb_shinfo(skb)->ufo_size = 0;
skb_shinfo(skb)->ip6_frag_id = 0;

最后,返回 SKB 的指针.

  1. SKB 的分配时机
    SKB 的分配时机主要有两种,最常见的一种是在网卡的中断中,有数据包到达的时,系统分配 SKB 包进行包处理; 第二种情况是主动分配 SKB 包用于各种调试或者其他处理环境.

  2. SKB 的 reserve 操作
    SKB 在分配的过程中使用了一个小技巧 : 即在数据区中预留了 128 个字节大小的空间作为协议头使用, 通过移动 SKB 的 data 与 tail 指针的位置来实现这个功能.

  3. SKB 的 put 操作
    put 操作是 SKB 中一个非常频繁也是非常重要的操作, 但是, skb_put()函数其实什么也没做!
    它只是根据数据的长度移动了 tail 指针并改写了 skb->len 的值,其他的什么都没做,然后就返回了 skb->data 指针(就是 tail 指针在移动之前的位置). 看上去此函数仿佛要拷贝数据到 skb 的数据区中,其实这事儿是 insl 这个函数干的,跟 skb_put() 函数毫不相关,不过它仍然很重要.

  4. 中断环境下 SKB 的分配流程
    当数据到达网卡后,会触发网卡的中断,从而进入 ISR 中,系统会在 ISR 中计算出此次接收到的数据的字节数 : pkt_len, 然后调用 SKB 分配函数来分配 SKB :
    skb = dev_alloc_skb(pkt_len+5);
    我们可以看到, 实际上传入的数据区的长度还要比实际接收到的字节数多,这实际上是一种保护机制. 实际上,在 dev_alloc_skb 函数调用 __dev_alloc_skb 函数,而 __dev_alloc_skb 函数又调用 alloc_skb 函数时,其数据区的大小又增加了 128 字节, 这 128 字节就事前面我们所说的 reserve 机制预留的 header 空间.

四. 不同情况下构造skb数据包的实现

http://blog.csdn.net/efan_linux/archive/2009/09/23/4580024.aspx

在我这个网络接口的程序中（can0），其实难点就是怎样组包。怎样在原来数据包的基础加上自己的数据，怎样构造ip头，怎样构造udp头。

调试了两个星期，终于是调通了，在这个过程中，通过看内核源代码和自己组包的尝试，大概对组包的方法有了些了解，记录在此，留做备忘，也希望能给需要这方面信息的朋友一点帮助吧。

1，正常网卡收到数据包后的情况：

她的工作就是剥离mac头，然后给一些字段赋值，最后调用netif_rx将剥离mac头后的数据报（比如ip数据包）发送到上层协议。由协议栈处理。在此以ldd3中的snull为例，虽然snull跟硬件不相关，但这个过程都是类似的。 

struct sk_buff *skb;
struct snull_priv *priv = netdev_priv(dev);skb = dev_alloc_skb(pkt->datalen + 2);
if (!skb) {if (printk_ratelimit())printk(KERN_NOTICE "snull rx: low on mem - packet dropped\n");priv->stats.rx_dropped++;goto out;
}
skb_reserve(skb, 2); /* align IP on 16B boundary */ 
memcpy(skb_put(skb, pkt->datalen), pkt->data, pkt->datalen);/* Write metadata, and then pass to the receive level */
skb->dev = dev;

skb->protocol = eth_type_trans(skb, dev);
skb->ip_summed = CHECKSUM_UNNECESSARY; /* don’t check it */
priv->stats.rx_packets++;
priv->stats.rx_bytes += pkt->datalen;
netif_rx(skb);

注意：上面代码中红色放大的地方是重要的。

因为此刻收到的数据包的格式如下：mac＋ip＋udp/udp＋data

这时候的处理就是剥离mac头，然后需要更新的一些域值。这些都是在函数eth_type_trans函数里做的。需要注意的是，skb->dev = dev;这条语句是很重要的，如果没有此语句，将会导致系统错误而死机（至少在我的板子上是这样的）。

注意：eth_type_trans()函数主要赋值的是：

skb->mac.raw，skb->protocol和skb->pkt_type。见下面的代码有无mac头的情况。

2，完全从一个字符串开始构造一个新的skb数据包。

以前只是看过如何修改数据包，自己构造数据包，这还是头一次，刚开始确实给我难住了，来来经过看内核代码和自己摸索，我自己写的代码如下：

/假设：data是一个指向字符串的指针，data_len是data的长度/

struct ipv6hdr *ipv6h;
struct udphdr *udph;
struct sk__buff * new_skb;

int length = data_len + sizeof(struct ipv6hdr) + sizeof(udphdr);
new_skb = dev_alloc_skb(length);
if(!new_skb)
{
printk(“low memory…\n”):
return -1;
}

skb_reserve(new_skb,length);

memcpy(skb_push(new_skb,data_len),data,data_len);

new_skb->h.uh = udph = (struct udphdr *)skb_push(new_skb,sizeof(struct udphdr));
memcpy(udph,&udph_tmp,sizeof(struct udphdr)); //注意，此刻我的udph_tmp是在另一个过程中截获的数据包的udp头，如果完全是自己构造数据包，则需要自己填充udp数据头中的字段。

udph->len = ………….. ; //此处需要给udph->len赋值。注意udph->len是__u16的。存储时是高低位互换的，所以你应该先将你要更新的数字编成16进制的数，然后高低位互换，在赋值给udh->len。

udplen = new_skb->len;

new_skb->nh.ipv6h = ipv6h = (struct ipv6hdr *)skb_push(new_skb,sizeof(struct ipv6hdr));
memcpy(ipv6h,&ipv6h_tmp,sizeof(struct ipv6hdr)); //同udp头注释。

ipb6h->payload_len = ……….； //此处同udph->len.需要注意的是，此处所指的长度并不包括ipv6头的长度，而是去掉ipv6头后的长度。

udph->check = 0;
udph->check = csum_ipv6_magic(&ipv6h->saddr, &ipv6h->daddr, udplen, IPPROTO_UDP, csum_partial((char *)udph, udplen, 0));

///注意，如果是ipv4，则还需要计算ip校验和，但此处是ipv6，不用计算ip检验和，所以此处没有ipv6头的校验。//

new_skb->mac.raw = new_skb->data; //因为无mac头
new_skb->protocol = htons(ETH_P_IPV6); //表明包是ipv6数据包
new_skb->pkt_type = PACKET_HOST; //表明是发往本机的包

new_skb->dev = &can_control; //此处很重要，如果没有这条语句，则内核跑死。至少在我板子上是这样的。can_control是我的net_device结构体变量。

netif_rx(new_skb);

3，当需要改变原有skb的数据域的情况。

此时，有两种办法：
可以先判断skb的tailroom，如果空间够大，则我们可以把需要添加的数据放在skb的tailroom里。如果tailroom不够大，则需要调用skb_copy_expand函数来扩充tailroom或者headroom。

例如我们需要在skb的后面加上一个16个字节的字符串，则代码类似如下：
if(skb_tailroom(skb) < 16)
{
nskb = skb_copy_expand(skb, skb_headroom(skb), skb_tailroom(skb)+16,GFP_ATOMIC);
if(!nskb)
{
printk(“low memory….\n”);
dev_kfree_skb(skb);
return -1;
}

else
{kfree_skb(skb); // 注意，如果此时是钩子函数钩出来的，则skb不能在这里释放，否则会造成死机。skb = nskb; 
}memcpy(skb_put(skb,16),ipbuf,16); //ipbuf为要加到skb后面的字符串udplen = skb->len - sizeof(struct ipv6hdr);udph->len += 0x1000; //换成十进制为 + 16ipv6h->payload_len += 0x1000;udph->check = 0;
udph->check = csum_ipv6_magic(&ipv6h->saddr, &ipv6h->daddr, udplen, IPPROTO_UDP, csum_partial((char *)udph,udplen,0));    skb->mac.raw = new_skb->data; //因为无mac头skb->protocol = htons(ETH_P_IPV6); //表明包是ipv6数据包skb->pkt_type = PACKET_HOST; //表明是发往本机的包skb->dev = &can_control; //此处很重要，如果没有这条语句，则内核跑死。至少在我板子上是这样的。can_control是我的net_device结构体变量。

netif_rx(skb);
}

注意：当调用skb_copy_expand或者修改了skb的数据域后，一定要更新udph->len和ipv6h->payload_len。否则上层应用（比如udp套接字）收到的数据包还是原来的数据包而不是修改后的数据包，因为udph->len的原因。

这篇关于网络设备中的SKB_BUFF的文章就介绍到这儿，希望我们推荐的文章对编程师们有所帮助！


http://www.chinasem.cn/article/974369。

相关文章

Buff机制及其实际运用

Buff机制及其实际运用

转自：http://bbs.gameres.com/thread_215027_1_1.html 首先我想说的是，这是一套机制，并不是单独的一个系统，所谓机制就是一种从逻辑思想到代码实现的小窍门的组合，只有当你把它运用到一个实际项目中去了，它才能帮助你建立一个系统。我不敢说它是最好的，但这套东西帮我完成了一个又一个项目的制作，我觉得现在可以简单的拿出来和大家分享下思维。事实上这也并不是什么很玄乎
阅读更多...
网络设备安全第一弹 -- 总体路线

网络设备安全第一弹 -- 总体路线

一、网络设备安全整体研究路线图 1. 前期 - 构建研究环境、熟悉设备功能 ① 信息收集：收集默认开放的端口和对应的服务、公开漏洞信息的收集 ② 固件提取：官网下载、流量捕获、存储器转储 ③ 固件解包、文件系统提取：手动提取、自动解析（binwalk、firmware-mod-kit）、直接转储 ④ 调试平台搭建：仿真环境调试、实体设备调试、串口调试 2. 中期 - 突破利用 ① 已
阅读更多...
常见的网络设备

常见的网络设备

引入 园区网络安全部署场景 1、路由器： 跨网段通信设备 。 2、交换机： 同网段或跨网段通信设备。 3、AntiDDoS ： DDoS 防御系统，通常旁挂部署于网络出口处， 位于防火墙上游，用于减轻防火墙报文处理负担。 4、NGFW ：下一代防火墙，可部署在网络出口处进行初步防护，或者保护数据中心不被攻击。 5、vNGFW ：软件 NGFW ，部署在 V
阅读更多...
华为网络设备高频命令

华为网络设备高频命令

1.system-view • 用法：在用户视图下执行 system-view 命令。 • 作用：进入系统视图，以便进行配置性的操作。 • 场景：当需要对设备进行系统级的配置时。 2.sysname XXX • 用法：执行 [Huawei]sysname XXX 命令。 • 作用：更改设备名称为XXX，便于区分和管理设备。 • 场景：在设备部署初期或需要重命名设备时。 3. dis
阅读更多...
33 Debian如何配置Zabbix监控主机与网络设备

33 Debian如何配置Zabbix监控主机与网络设备

作者：网络傅老师 特别提示：未经作者允许，不得转载任何内容。违者必究！ Debian如何配置Zabbix监控主机与网络设备 《傅老师Debian知识库系列之33》——原创 ==前言== 傅老师Debian知识库特点： 1、最小化拆解Debian实用技能； 2、所有操作在VMware虚拟机实测完成； 3、致力于最终形成Debian知识手册； 适合人群：想通俗易懂地学习Debi
阅读更多...
Unity 从0开始编写一个技能编辑器_02_Buff系统的生命周期

Unity 从0开始编写一个技能编辑器_02_Buff系统的生命周期

工作也有一年了，对技能编辑器也有了一些自己的看法，从刚接触时的惊讶，到大量工作时觉得有一些设计的冗余，在到特殊需求的修改，运行效率低时的优化，技能编辑器在我眼中已经不再是神圣不可攀的存在的，所以可以开始正式进行技能编辑器的编写工作了。 首先 无论是塔防 MOBA 还是MMO,buff机制都是不可或缺的一部分，buff可以看作是由Timer实现的一种计时器，即以时间为单位执行一些脚本事件 比如:敌
阅读更多...
内网网速取决于网络设备，而外网网速取决于带宽和用户多少

内网网速取决于网络设备，而外网网速取决于带宽和用户多少

内网的网速和外网的网速是没有关系的，内网网速取决于你网络设备，比如交换机或者路由器，外网的网速取决于网络带宽，以及用户多寡。 所以说把服务器部署在阿里云上，会影响外网带宽，数据都通过网关走外网了，体验不是很好。 另外，和互联网隔离主要是因为企业内部，有一些部门的网络需要这种和外界隔离。另一部分网络可能就是外网状态。
阅读更多...
中兴网络设备配置命令

中兴网络设备配置命令

一、端口配置 （一）端口基本配置 在中兴的设备上，可以对端口参数进行配置，如自动协商、双工模式、速率、流量控制、端口优先级、mac 数目限制等。端口参数的配置在全局配置模式下进行，主要包括以下内容。 1． 配置端口状态 set port [portlist] {enable|disable} 2． 设置端口的自适应功能 set port [portlist] auto {enable|disab
阅读更多...
YD/T 2698-2014 《电信网和互联网安全防护基线配置要求及检测要求 网络设备》标准介绍

YD/T 2698-2014 《电信网和互联网安全防护基线配置要求及检测要求 网络设备》标准介绍

编写背景 随着互联网技术的飞速发展，网络设备的安全问题日益凸显。为了加强电信网和互联网的安全防护，保障网络环境的稳定和用户信息的安全，YD/T 2698-2014标准应运而生。此标准旨在为网络设备提供一套基线配置要求，以及相应的安全检测标准，从而提升整个网络的安全性能。 价值所在 安全性提升：通过基线配置要求，确保网络设备从初始设置就具备一定的安全防护能力。风险降低：定期的安全检测有助于及时
阅读更多...
buff禁售武器箱和胶囊的原因，及游戏搬砖人该如何应对

buff禁售武器箱和胶囊的原因，及游戏搬砖人该如何应对

大家好，我是童话，相信大家都看到这个消息了，buff平台在14号中午11点左右，已经全面禁止了武器箱和胶囊，纪念包等的上架和售卖。在饰品市场直接搜索武器箱或者胶囊，是完全搜索不出来任何东西的哈。 面对这一消息，市场上很大一部分人会慌，但再怎么慌也轮不到我们童话这边团队吧，因为我们团队一直走的就是中低端武器路线，并没有让学员去炒作胶囊和武器箱啊，极个别学员他在偷偷囤胶囊这个事，我之前也是各种旁
阅读更多...

Copyright China编程 23002807@qq.com

沪ICP备2023033072号-2