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1、linux,ip协议栈源代码分析,pdf篇一：Netfilter源代码分析详解一、概述1. Netfilter/IPTables框架简介Netfilter/IPTables是继的IPfwadm、的IPchains之后，新一代的Linux防火墙机制。Netfilter采用模块化设计，具有良好的可扩充性。其重要工具模块IPTables连接到Netfilter的架构中，并允许使用者对数据报进行过滤、地址转换、处理等操作。Netfilter提供了一个框架，将对网络代码的直接干涉降到最低，并允许用规定的接口将其他包处理代码以模块的形式添加到内核中，具有极强的灵活性。2. 主要源代码文件Linux内核版本
2、：Netfilter主文件：net/core/Netfilter主头文件：include/linux/IPv4相关：c文件：net/ipv4/netfilter/*.c头文件：include/linux/netfilter_include/linux/netfilter_ipv4/*.hIPv4协议栈主体的部分c文件，特别是与数据报传送过程有关的部分： ip_，ip_，ip_，ip_等二、Netfilter/IPTables-IPv4总体架构Netfilter主要通过表、链实现规则，可以这么说，Netfilter是表的容器，表是链的容器，链是规则的容器，最终形成对数据报处理规则的实现。 详细地
3、说，Netfilter/IPTables的体系结构可以分为三个大部分：1. Netfilter的HOOK机制Netfilter的通用框架不依赖于具体的协议，而是为每种网络协议定义一套HOOK函数。这些HOOK函数在数据报经过协议栈的几个关键点时被调用，在这几个点中，协议栈将数据报及HOOK函数标号作为参数，传递给Netfilter框架。对于它在网络堆栈中增加的这些HOOK，内核的任何模块可以对每种协议的一个或多个HOOK进行注册，实现挂接。这样当某个数据报被传递给Netfilter框架时，内核能检测到是否有任何模块对该协议和HOOK函数进行了注册。若注册了，则调用该模块的注册时使用的回调函数，
4、这样这些模块就有机会检查、修改、丢弃该数据报及指示Netfilter将该数据报传入用户空间的队列。这样，HOOK提供了一种方便的机制：在数据报通过Linux内核的不同位置上截获和操作处理数据报。2. IPTables基础模块IPTables基础模块实现了三个表来筛选各种数据报，具体地讲，内核提供的这三种数据报的处理功能是相互间独立的模块，都基于Netfilter的HOOK函数和各种表、链实现。这三个表包括：filter表，nat表以及mangle表。3. 具体功能模块1.1. 数据报过滤模块2. 连接跟踪模块（Conntrack）3. 网络地址转换模块（NAT）4. 数据报修改模块（mangl
5、e）5. 其它高级功能模块于是，Netfilter/IPTables总体架构如图24896_所示三、HOOK的实现1. Netfilter-IPv4中的HOOKNetfilter模块需要使用HOOK来启用函数的动态钩接，它在IPv4中定义了五个HOOK（位于文件include/linux/netfilter_，Line 39），分别对应0-4的hooknum简单地说，数据报经过各个HOOK的流程如下：数据报从进入系统，进行IP校验以后，首先经过第一个HOOK函数NF_IP_PRE_ROUTING进行处理；然后就进入路由代码，其决定该数据报是需要转发还是发给本机的；若该数据报是发被本机的，则该数
6、据经过HOOK函数NF_IP_LOCAL_IN处理以后然后传递给上层协议；若该数据报应该被转发则它被NF_IP_FORWARD处理；经过转发的数据报经过最后一个HOOK函数NF_IP_POST_ROUTING处理以后，再传输到网络上。本地产生的数据经过HOOK函数NF_IP_LOCAL_OUT 处理后，进行路由选择处理，然后经过NF_IP_POST_ROUTING处理后发送出去。总之，这五个HOOK所组成的Netfilter-IPv4数据报筛选体系如图24896_： （注：下面所说Netfilter/IPTables均基于IPv4，不再赘述）详细地说，各个HOOK及其在IP数据报传递中的具体位
7、置如图24896_NF_IP_PRE_ROUTING数据报在进入路由代码被处理之前，数据报在IP数据报接收函数ip_rcv （位于net/ipv4/ip_，Line379）的最后，也就是在传入的数据报被处理之前经过这个HOOK。在ip_rcv 中挂接这个HOOK之前，进行的是一些与类型、长度、版本有关的检查。经过这个HOOK处理之后，数据报进入ip_rcv_finish （位于net/ipv4/ip_，Line306），进行查路由表的工作，并判断该数据报是发给本地机器还是进行转发。在这个HOOK上主要是对数据报作报头检测处理，以捕获异常情况。 涉及功能（优先级顺序）：Conntrack、man
8、gle、DNATNF_IP_LOCAL_IN目的地为本地主机的数据报在IP数据报本地投递函数ip_local_deliver （位于net/ipv4/ip_，Line290）的最后经过这个HOOK。经过这个HOOK处理之后，数据报进入ip_local_deliver_finish （位于net/ipv4/ip_，Line219）这样，IPTables模块就可以利用这个HOOK对应的INPUT规则链表来对数据报进行规则匹配的筛选了。防火墙一般建立在这个HOOK上。涉及功能：mangle、filter、SNAT、ConntrackNF_IP_FORWARD目的地非本地主机的数据报，包括被NAT修改
9、过地址的数据报，都要在IP数据报转发函数ip_forward （位于net/ipv4/ip_，Line73）的最后经过这个HOOK。经过这个HOOK处理之后，数据报进入ip_forward_finish （位于net/ipv4/ip_，Line44）另外，在net/ipv4/中的ipmr_queue_xmit 函数（Line1119）最后也会经过这个HOOK。（ipmr为多播相关，估计是在需要通过路由转发多播数据时的处理）这样，IPTables模块就可以利用这个HOOK对应的FORWARD规则链表来对数据报进行规则匹配的筛选了。涉及功能：mangle、filterNF_IP_LOCAL_OUT
10、本地主机发出的数据报在IP数据报构建/发送函数ip_queue_xmit （位于net/ipv4/ip_，Line339）、以及ip_build_and_send_pkt （位于net/ipv4/ip_，Line122）的最后经过这个HOOK。（在数据报处理中，前者最为常用，后者用于那些不传输有效数据的SYN/ACK包）经过这个HOOK处理后，数据报进入ip_queue_xmit2 （位于net/ipv4/ip_，Line281）另外，在ip_build_xmit_slow （位于net/ipv4/ip_，Line429）和ip_build_xmit （位于net/ipv4/ip_，Line6
11、38）中用于进行错误检测；在igmp_send_report （位于net/ipv4/，Line195）的最后也经过了这个HOOK，进行多播时相关的处理。这样，IPTables模块就可以利用这个HOOK对应的OUTPUT规则链表来对数据报进行规则匹配的筛选了。涉及功能：Conntrack、mangle、DNAT、filterNF_IP_POST_ROUTING所有数据报，包括源地址为本地主机和非本地主机的，在通过网络设备离开本地主机之前，在IP数据报发送函数ip_finish_output （位于net/ipv4/ip_，Line184）的最后经过这个HOOK。经过这个HOOK处理后，数据报进
12、入ip_finish_output2 （位于net/ipv4/ip_，Line160）另外，在函数ip_mc_output （位于net/ipv4/ip_，Line195）中在克隆新的网络缓存skb时，也经过了这个HOOK进行处理。涉及功能：mangle、SNAT、Conntrack其中，入口为net_rx_action （位于net/core/，Line1602），作用是将数据报一个个地从CPU的输入队列中拿出，然后传递给协议处理例程。出口为dev_queue_xmit （位于net/core/，Line1035），这个函数被高层协议的实例使用，以数据结构struct sk_buff *sk
13、b的形式在网络设备上发送数据报。2. HOOK的调用HOOK的调用是通过宏NF_HOOK实现的，其定义位于include/linux/，Line122：#define NF_HOOK /) / /: nf_hook_slow, , , , , )这里先调用list_empty函数检查HOOK点存储数组nf_hooks是否为空，为空则表示没有HOOK注册，则直接调用okfn继续处理。如果不为空，则转入nf_hook_slow 函数。nf_hook_slow 函数（位于net/core/，Line449）的工作主要是读nf_hook数组遍历所有的nf_hook_ops结构，并调用nf_hookfn
14、 处理各个数据报。 即HOOK的调用过程如图24896_所示下面说明一下NF_HOOK的各个参数：pf：协议族标识，相关的有效协议族列表位于include/linux/，Line178。对于IPv4，应该使用协议族PF_INET；篇二：TCP IP 协议栈分析与实现实验报告课程名称: TCP/IP 协议栈分析与实现 学生姓名: 专业: 信息工程 学号:同组学生姓名:无 实验地点 指导老师: 刘飚 实验日期:20XX年3月25日实验一：实验项目名称:一、实验目的和要求:学习 Linux 内核的通用链表的设计原理,熟练掌握 Linux 内核通用链表的使用。二、实验内容1. 掌握 Linux 通用链
15、表的创建2. 掌握通用链表增加元素、删除元素和遍历链表的方法。 三、实验要求1. 待创建的链表头变量名为 user_queue。2. 作为链表的宿主节点类型定义如下:struct user int id;/* user id */struct list_head list;3.针对上述 user_queue 链表,要求以队列方式向其中依次添加 10 个类型为 struct user 的宿主节点,并要求这 10 个宿主节点的 id 依次为 1-104. 依次遍历输出这 10 个宿主节点的 id5. 从队列中删除首个宿主节点,然后依次遍历该队列并输出余下各宿主节点的 id 值四、实现原理Linux 的内核源文件 提供了所有的链表定义、各类操作接口及其实现。其中
