链路层到网络层的数据传递

我们知道在tcp/ip模型中，基本每一层都可以处理多重协议类型，那么当一个输入帧到达后，内核的每一层是如何来取得相应的处理函数呢？也就是说当我要把包传递给上层的时候，如何取得相应协议的处理函数。


我们这里先来看从二层如何把把数据传递给三层。

struct sk_buff {
....................................
	__be16			protocol;
.....................................

};

在sk_buff中的protocol字段能够表示输入帧的3层的协议，或者输入帧的mac头。在内核里面，是在函数netif_receive_skb中，通过protocol域来决定在三层的协议，以及处理函数。

如果内核没有找到protocol所对应协议的处理函数，那么这个帧将会被丢掉。而且一个packet也有可能被分发到多个handler，举个例子，当packet sniffer运行的时候，这里的protocol域有时就会为ETH_P_ALL.此时就会放所有的包进入下一层。不过使用ETH_P_ALL一般只是为了监测网络设备或者debug。比如tcpdump。

来看下netif_receive_skb的代码片段：

type = skb->protocol;
	list_for_each_entry_rcu(ptype,
			&ptype_base[ntohs(type) & PTYPE_HASH_MASK], list) {
		if (ptype->type == type &&
		    (ptype->dev == null_or_orig || ptype->dev == skb->dev ||
		     ptype->dev == orig_dev)) {
			if (pt_prev)
				ret = deliver_skb(skb, pt_prev, orig_dev);
			pt_prev = ptype;
		}
	}


static inline int deliver_skb(struct sk_buff *skb,
			      struct packet_type *pt_prev,
			      struct net_device *orig_dev)
{
	atomic_inc(&skb->users);
	return pt_prev->func(skb, skb->dev, pt_prev, orig_dev);
}

我们可以看到最终会通过判断protocol来决定调用哪一个ptype，并调用相应的虚函数func,接下来我们就来看packet_type这个结构体，也就是所有的协议handler结构。

首先来看它的整体结构：

static struct list_head ptype_base[PTYPE_HASH_SIZE] __read_mostly;

这里有一个全局的ptype_base，他是一个hash链表。它表示所有的协议handler结构。当通过dev_add_pack注册协议的时候就插入到相应的hashcode的相应链表。

static struct list_head ptype_all __read_mostly;	/* Taps */

ptype_all也是一个全局链表，可以看到他完全是和ptype_base独立的。他就表示了ETH_P_ALL协议。

接下来就来看packet_type的结构

struct packet_type {
	__be16			type;	/* This is really htons(ether_type). */
	struct net_device	*dev;	/* NULL is wildcarded here	     */
	int			(*func) (struct sk_buff *,
					 struct net_device *,
					 struct packet_type *,
					 struct net_device *);
	struct sk_buff		*(*gso_segment)(struct sk_buff *skb,
						int features);
	int			(*gso_send_check)(struct sk_buff *skb);
	void			*af_packet_priv;
	struct list_head	list;
};

type表示了协议的类型，dev表示了那个设备的协议类型，如果是NULL，则表示是所有设备，比如tcpdum就能通过指定设备名来监测某个指定设备。func对应协议的处理函数。af_pack_priv，被PF_PACKET类型的socket所使用(具体看unix网络编程). list链表(也就是hash链表中，相同的桶所处的链表). 中间的两个gso开头的函数，可以自己去看下gso的相关资料。

来看下ip协议的注册,以及初始化：

static struct packet_type ip_packet_type = {
	.type = __constant_htons(ETH_P_IP),
	.func = ip_rcv,
	.gso_send_check = inet_gso_send_check,
	.gso_segment = inet_gso_segment,
};

static int __init inet_init(void)
{
。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。

	dev_add_pack(&ip_packet_type);
.........................................

}

可以看到在初始化函数中，调用dev_add_pack来上面定义的ip_packet_type加入到全局的hash链表中。

void dev_add_pack(struct packet_type *pt)
{
	int hash;

	spin_lock_bh(&ptype_lock);
///判断类型是否为ETH_P_ALL
	if (pt->type == htons(ETH_P_ALL))
		list_add_rcu(&pt->list, &ptype_all);
	else {
///计算hash值
		hash = ntohs(pt->type) & PTYPE_HASH_MASK;
///插入到相应的hash表位置
		list_add_rcu(&pt->list, &ptype_base[hash]);
	}
	spin_unlock_bh(&ptype_lock);
}

而链路层得到相应的输入包的协议类型是通过eth_type_trans来实现的，可以随便看一下驱动的代码，当驱动调用netif_rx之前，都会先调用这个函数来得到protocol值。

先来看下不同的帧类型的区别：




eth_type_trans有两个作用，一个是设置packet type,一个是设置协议类型。
其中packet type也就是skb->pkt_type字段，表示了链路层的数据类型，他可以为下面几种类型：

#define PACKET_HOST		0		/* To us		*/
#define PACKET_BROADCAST	1		/* To all		*/
#define PACKET_MULTICAST	2		/* To group		*/
#define PACKET_OTHERHOST	3		/* To someone else 	*/
#define PACKET_OUTGOING		4		/* Outgoing of any type */

这里要注意的是PACKET_OTHERHOST类型，它表示这个帧不属于这个接收接口，可是他并不会立即被扔掉，当传递给高层的时候。它主要用来protocol sniffer.

/*
 *	This is an Ethernet frame header.
 */
 
///帧头的表示。
struct ethhdr {
	unsigned char	h_dest[ETH_ALEN];	/* destination eth addr	*/
	unsigned char	h_source[ETH_ALEN];	/* source ether addr	*/
	__be16		h_proto;		/* packet type ID field	*/
} __attribute__((packed));


__be16 eth_type_trans(struct sk_buff *skb, struct net_device *dev)
{
	struct ethhdr *eth;
	unsigned char *rawp;
///一些初始化
	skb->dev = dev;
	skb_reset_mac_header(skb);
	skb_pull(skb, ETH_HLEN);
	eth = eth_hdr(skb);

	if (is_multicast_ether_addr(eth->h_dest)) {
///判断是否为广播。
		if (!compare_ether_addr(eth->h_dest, dev->broadcast))
///数据位广播
			skb->pkt_type = PACKET_BROADCAST;
		else
///多播
			skb->pkt_type = PACKET_MULTICAST;
	}


	else if (1 /*dev->flags&IFF_PROMISC */ ) {
///主要用来网络的监测。
		if (unlikely(compare_ether_addr(eth->h_dest, dev->dev_addr)))
			skb->pkt_type = PACKET_OTHERHOST;
	}

///通过上面的图我们知道大于1536为ethernet 类型的帧，因此直接返回h_proto。
	if (ntohs(eth->h_proto) >= 1536)
		return eth->h_proto;

	rawp = skb->data;
///取数据位来判断是否是802.3的帧。
	if (*(unsigned short *)rawp == 0xFFFF)
		return htons(ETH_P_802_3);

	/*
	 *      Real 802.2 LLC
	 */
	return htons(ETH_P_802_2);
}