libnids-1.21 中 IP 分片重组分析之数据结构与处理流程

时间 2020-10-18 标签 linux 数据结构 app ide 函数 oop this spa .net

一、 IP分片

　　任何IP层接收到一份要发送的IP数据报时，它要判断向本地哪一个接口发送数据，并查询该接口的MTU。IP把MTU与数据报的长度进行比较，若是须要则进行分片。分片能够发生在原始发送端主机上，也能够发送在中间路由器上。IP数据报分片后，只有到达目的主机后才进行重装。

IP首部与分片有关的字段：

（1）对于每份IP数据报来讲，都有一个标识字段，该值在分片时被复制到每一个片中。

（2）标志字段用其中一个bit表示 “ 更多的片 ” ，除最后一片外，其余每一个分片都要设置为1。

（3）片偏移字段指的是该片偏移原始数据报开始处的位置。

（4）数据报被分片后，每一个片的总长度要改成该片的长度值。

（5）标志字段中有一个bit表示 “ 不分片 ” ，若是该位1，IP将不对数据报进行分片。

　　 IP报即便丢失一片数据报也要重传整个数据报。为何呢？由于IP层没有超时重传的机制，必须由更高层负责超时重传。

总结：

三个字段

标识字段(ip_id)：标识特定数据报的分片

标志字段(ip_off的3个高位比特)

偏移字段(ip_off的13个低位比特)

几个区别

普通IP包：ip_off、MF 为 0

最后一个分片包： ip_off ＞ 0、MF 为 0

其它分片包：ip_off ≥ 0、MF 为 1

二、数据结构设计

链表_FRAG

结点结构ipfrag，保存一个分片

做用：保存同属于一个IP包的全部分片数据

链表中各结点按ip_off由小到大排序

链表_IPQ

结点结构ipq，做为_FRAG的头结点，描述属于同一个IP包的全部分片数据的共同特征

做用：将目的地址相同的分片组织到一块儿

链表_HOSTFRAG

结点结构hostfrags，做为_IPQ的头结点

做用：将目的地址不一样但hash值相同的分片数据组织到地起

hash表fragtable

实现：struct hostfrags **fragtable

做用： fragtable[index]为_HOSTFRAG的头结点

hash表及三个链表之间的关系图

三、分片重组流程

五、几个细节

5.1 Step 14：在_FRAG链表中插入的位置

代码：

if (next->offset >= offset)

break;

当prev和next结点都存在时知足的条件

offset ∊ ( prev->offset ， next->offset ］

隐含意思：当前分片与prev以前的结点无重叠，与prev可能有重叠

5.2 step 15：和prev有重叠，调整当前分片

调整前图

调整后图

step 15：和prev有重叠，调整当前分片后没有判断当前数据的长度，以后会建立一个无用结点！

2.6.17内核已处理！

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Linux Cross Reference
Linux-2.6.17/net/ipv4/ip_fragment.c

Version: ~ [ 2.6.16 ] ~ [ 2.6.17 ] ~
Architecture: ~ [ ia64 ] ~ [ i386 ] ~ [ arm ] ~ [ ppc ] ~ [ sparc64 ] ~

1 /*

2 * INET An implementation of the TCP/IP protocol suite for the LINUX

3 * operating system. INET is implemented using the BSD Socket

4 * interface as the means of communication with the user level.

5 *

6 * The IP fragmentation functionality.

7 *

8 * Version: $Id: ip_fragment.c,v 1.59 2002/01/12 07:54:56 davem Exp $

9 *

10 * Authors: Fred N. van Kempen <waltje@uWalt.NL.Mugnet.ORG>

11 * Alan Cox <Alan.Cox@linux.org>

12 *

13 * Fixes:

14 * Alan Cox : Split from ip.c , see ip_input.c for history.

15 * David S. Miller : Begin massive cleanup...

16 * Andi Kleen : Add sysctls.

17 * xxxx : Overlapfrag bug.

18 * Ultima : ip_expire() kernel panic.

19 * Bill Hawes : Frag accounting and evictor fixes.

20 * John McDonald : 0 length frag bug.

21 * Alexey Kuznetsov: SMP races, threading, cleanup.

22 * Patrick McHardy : LRU queue of frag heads for evictor.

23 */

465

466 /* Add new segment to existing queue. */

467 static void ip_frag_queue (struct ipq * qp , struct sk_buff * skb )

468 {

469 struct sk_buff *prev, * next ;

470 int flags , offset ;

........................

522 /* Find out which fragments are in front and at the back of us

523 * in the chain of fragments so far. We must know where to put

524 * this fragment, right?

525 */

526 prev = NULL ;

527 for( next = qp -> fragments ; next != NULL ; next = next -> next ) {

528 if ( FRAG_CB ( next )-> offset >= offset )

529 break; /* bingo! */

530 prev = next ;

531 }

532

533 /* We found where to put this one. Check for overlap with

534 * preceding fragment, and, if needed, align things so that

535 * any overlaps are eliminated.

536 */

537 if (prev) {

538 int i = ( FRAG_CB (prev)-> offset + prev-> len ) - offset ;

539

540 if ( i > 0) {

541 offset += i ;

542 if (end <= offset)

543 goto err;

544 if (! pskb_pull ( skb , i ))

545 goto err ;

546 if ( skb ->ip_summed != CHECKSUM_UNNECESSARY )

547 skb ->ip_summed = CHECKSUM_NONE ;

548 }

549 }

550

551 while ( next && FRAG_CB ( next )-> offset < end ) {

552 int i = end - FRAG_CB ( next )-> offset ; /* overlap is 'i' bytes */

553

554 if ( i < next -> len ) {

555 /* Eat head of the next overlapped fragment

556 * and leave the loop. The next ones cannot overlap.

557 */

558 if (! pskb_pull ( next , i ))

559 goto err ;

560 FRAG_CB ( next )-> offset += i ;

561 qp ->meat -= i ;

........................

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5.3 step 18：

i = end - next->offset

tmp->len -= i

tmp->offset += i

tmp->ptr += i

和next有重叠时的两种状况：

1：

2：

5.4 ipq结构中的特殊成员timer

做用：描述已经收到的属于同一IP包的全部分片的存活期限

建立：step 8

初始设置：step 10

expires为当前时间＋30秒

function：失效时的处理函数地址

data：失效时的处理函数的参数，即timer所在的ipq结点首地址

5.5 ipq结构中的特殊成员timer

更新：

全部ipq结点中的timer成员组成一个双向链表_TIMER，链首：timer_head，链尾：timer_tail

分片链表超时处理 step 1 ：当一个_IPQ链表在30秒内没有再收到分片数据时，放弃重组

timer的更新step 13 ：当收到一个分片时，从新设置失效时间，并将该分片所属ipq中的timer移到_TIMER的尾部

5.6 分片数据是否可重组的判断

借助ipq结构中的成员变量len

初始值：0

更新：仅当收到最后一个分片时才设置len

判断:

当ipq.len为0时直接返回

当收到最后一个分片后才检查_FRAG链表中的各分片是否相连 (ip_done函数中)判断

代码:

参tag: zeq_final_frag

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