Linux内核中sk_buff结构详解

sk_buff是Linux网络中最核心的结构体，它用来管理和控制接收或发送数据包的信息。各层协议都依赖于sk_buff而存在。内核中sk_buff结构体在各层协议之间传输不是用拷贝sk_buff结构体，而是通过增加协议头和移动指针来 *** 作的。如果是从L4传输到L2，则是通过往sk_buff结构体中增加该层协议头来 *** 作；如果是从L4到L2，则是通过移动sk_buff结构体中的data指针来实现，不会删除各层协议头。这样做是为了提高CPU的工作效率。

skb_buff结构如下所示：

这里要声明两个概念的区别，后续直接用这两个概念，注意区分：

（1）线性数据：head - end。

（2）实际线性数据：data - tail，不包含线性数据中的头空间和尾空间。

skb->data_len : skb中的分片数据（非线性数据）的长度。

skb->len : skb中的数据块的总长度，数据块包括实际线性数据和非线性数据，非线性数据为data_len，所以skb->len= (data - tail) + data_len。

skb->truesize : skb的总长度，包括sk_buff结构和数据部分，skb=sk_buff控制信息 + 线性数据（包括头空间和尾空间） + skb_shared_info控制信息 + 非线性数据，所以skb->truesize = sizeof(struct sk_buff) + (head - end) + sizeof(struct skb_shared_info) + data_len。

sk_buff结构体中的都是sk_buff的控制信息，是网络数据包的一些配置，真正储存数据的是sk_buff结构体中几个指针指向的数据区中，线性数据区的大小 = (skb->end - skb->head)，对于每个数据包来说这个大小都是固定不变的，在传输过程中skb->end和skb->head所指向的地址都是不变的，这里要注意这个地址不是本机的地址，如果是本机的地址那么数据包传到其他主机上这个地址就是无效的，所以这个地址是这个skb缓冲区的相对地址。

线性数据区是用来存放各层协议头部和应用层发下来的数据。各层协议头部相关信息放在线性数据区中。实际数据指针为data和tail，data指向实际数据开始的地方，tail指向实际数据结束的地方。

用一张图来表示sk_buff和数据区的关系：

这一节介绍先行数据区在sk_buff创建过程中的变化，图中暂时省略了非线性数据区：

2.1中所讲的都是线性数据区中的相关的配置，当线性数据区不够用的时候就会启用非线性数据区作为数据区域的扩展，skb中用skb_shared_info分片结构体来配置非线性数据。

skb_shared_info结构体是和skb中的线性数据区一体的，所以在skb的各种 *** 作时都会把这两个结构看作是一个结构来 *** 作。如：

skb_shared_info结构：

非线性数据区有两种不同的构成数据的方式

（1）用数组存储的分片数据区，采用是是结构体中的frags[MAX_SKB_FRAGS]

对于frags[]一般用在当数据比较多，在线性数据区装不下的时候，skb_frag_t中是一页一页的数据，skb_frag_struct结构体如下：

下图显示了frags是怎么分配分片数据的：

（2）frag_list指针来指向的分片数据：

参考：

从ip_finish_output2到dev_queue_xmit路径：

http://www.bluestep.cc/linux%e5%91%bd%e4%bb%a4arping-%e7%bd%91%e7%bb%9c%e7%ae%a1%e7%90%86-%e9%80%9a%e8%bf%87%e5%8f%91%e9%80%81arp%e5%8d%8f%e8%ae%ae%e6%8a%a5%e6%96%87%e6%b5%8b%e8%af%95%e7%bd%91%e7%bb%9c/

arp协议：

(1).硬件类型：

硬件地址类型，该字段值一般为ARPHRD_ETHER，表示以太网。

(2).协议类型：

表示三层地址使用的协议，该字段值一般为ETH_P_IP，表示IP协议

(3)硬件地址长度，以太网MAC地址就是6；

(4)协议地址长度，IP地址就是4；

(5) *** 作码

常见的有四种，arp请求，arp相应，rarp请求，rarp相应。

(6)发送方硬件地址与IP地址，(7)目标硬件地址与目标IP地址。

arp头数据结构：

arp模块的初始化函数为arp_init()，这个函数在ipv4协议栈的初始化函数inet_init()中被调用。

1.初始化arp表arp_tbl

2.注册arp协议类型；

3.建立arp相关proc文件，/proc/net/arp；

4.注册通知事件

一个neigh_table对应一种邻居协议，IPv4就是arp协议。用来存储于邻居协议相关的参数、功能函数、邻居项散列表等。

一个neighbour对应一个邻居项，就是一个arp条目

邻居项函数指针表，实现三层和二层的dev_queue_xmit()之间的跳转。

用来存储统计信息，一个结构实例对应一个网络设备上的一种邻居协议。

注册arp报文类型 ：dev_add_pack(&arp_packet_type)

就是把arp_packet_type添加到ptype_base哈希表中。

注册新通知事件的时候，在已经注册和UP的设备上，会调用一次这个通知事件。

设备事件类型：

创建一个邻居项，并将其添加到散列表上，返回指向该邻居项的指针。

tbl:待创建的邻居项所属的邻居表，即arp_tbl；

pkey：三层协议地址(IP地址)

dev：输出设备

want_ref：？？

创建邻居项

1.设置邻居项的类型

2.设置邻居项的ops指针

3.设置邻居项的output函数指针

调用dst_link_failure()函数向三层报告错误，当邻居项缓存中还有未发送的报文，而该邻居却无法访问时被调用。不懂。

用来发送arp请求，在邻居项状态定时器处理函数中被调用。

neigh：arp请求的目的邻居项

skb：缓存在该邻居项中的待发送报文，用来获取该skb的源ip地址。

将得到的硬件源、目的地址，IP源、目的地址等作为参数，调用arp_send()函数创建一个arp报文并将其输出。

创建及发送arp报文

创建arp报文，填充字段。

发送arp报文

用来从二层接收并处理一个arp报文。这个函数中就是做了一些参数检查，然后调用arp_process()函数。

neigh_event_ns

neigh_update

这个函数的作用就是更新邻居项硬件地址和状态。分支比较多。

neigh_update_notify

代理arp（proxy arp），通常像路由器这样的设备才使用，用来代替处于另一个网段的主机回答本网段主机的arp请求。

感觉代码ARP好像没啥用呀。

网络主机发包的一般过程：

1.当目的IP和自己在同一网段时，直接arp请求该目的IP的MAC。

2.当目的IP和自己不再同一网段时，arp请求默认网关的MAC。

https://www.cnblogs.com/taitai139/p/12336554.html

https://www.cnblogs.com/Widesky/p/10489514.html

当主机没有默认网关的时候，arp请求别的网段的报文，到达路由器后，本来路由器是要隔离广播的，把这个arp请求报文给丢弃，这样就没法通信了。当路由器开启arp proxy后，路由器发现请求的目的IP在其他网段，就自己给主机回复一个arp响应报文，这样源主机就把路由器的MAC当成目的IP主机对应的MAC，可以通信了。这样可能会造成主机arp表中，多个IP地址都对应于路由器的同一个MAC地址。

可以使用arping命令发送指定IP的arp请求报文。

写完了发现这个老妹写的arp代理文章蛮好的，不过她好像是转载的。

首先，嵌入Linux内核是可定制的内核：

1 Linux内核的配置系统

2 Linux内核的模块机制

3 Linux内核的源代码开放

4 经裁减的 Linux内核最小可达到 150KB以下，尤其适合嵌入式领域中资源受限的实际情况。

其次，它的性能优越：Linux 系统内核精简、高效和稳定，能够充分发挥硬件的功能，因此它比其他 *** 作系统的运行效率更高。

再者，它有良好的网络支持：

1 支持 TCP/IP 协议栈

2 提供对包括十兆位、百兆位及千兆位的以太网，还有无线网络、Tokenring（令牌环）和光纤甚至卫星的支持

3 对现在依赖于网络的嵌入式设备来说是很好的选择。

至于网络协议的话，有很多种，就目前主流的3种网络协议是：NetBEUI、IPX/SPX及其兼容协议、TCP/IP，而其他的像Lwip、ZigBee、Sip等很多。

1 NetBEUI的前身是NetBIOS，这一协议是IBM1983年开发完成的，早期的微软OS产品中都选择该协议作为通信协议。它是一套用于实现仅仅在小型局域网上PC见相互通信的标准。该网络最大用户数不能超过30个，1985年，微软对其改进，增加了SMB(Server Message Blocks，服务器消息块)的组成部分，以降低网络的通信阻塞，形成了现在的NetBEUI通信协议。

特点：体积小、效率高、速度快、占用内存少。

2 IPX/SPX及其兼容协议：它的全称是“Internwork Packet Exchange/Sequence Packet Exchange”即网际包交换/顺序包交换。

特点：体积较大、能够连接多种网络、具有强大的路由功能，适合大型网络的使用。windows网络中无法直接使用该协议。

3 TCP/IP是国际互联网Internet采用的协议标准，早期用于ARPANet网络，后来开放用于民间。

特点：灵活性，支持任意规模的网络，可以连接所有的计算机，具有路由功能，且TCP/IP的地址是分级的，容易确定并找到网上的用户，提高了网络代换的利用率。

而其他的像Lwip协议栈的特点：

（1）支持多网络接口的IP转发

（2）支持ICMP协议

（3）包括实验性扩展的UDP

（4）包括阻塞控制，RTT估算和快速恢复和快速转发的TCP

（5）提供专门的内部回调接口用于提高应用程序性能

（6）可选择的Berkeley接口API

（7）在最新的版本中支持ppp

不知道这些是不是你想要的。

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