Linux内核2.4.x的网络接口结构（二） （2）

五.网络协议部分

协议层是真正实现是在这一层。在linux/include/linux/socket.h里面，Linux的BSD Socket定义了多至32种支持的协议族，其中PF_INET就是我们最熟悉的TCP/IP协议族(IPv4, 以下没有特别声明都指IPv4)。以这个协议族为例，看看这层是怎么工作的。实现TCP/IP协议族的主要文件在Linux/net/ipv4/目录下面，Linux/net/ipv4/af_inet.c为主要的管理文件。

在Linux2.4.16里面，实现了TCP/IP协议族里面的的IGMP,TCP,UDP,ICMP,ARP,IP。我们先讨论一下这些协议之间的关系。IP和ARP协议是需要直接和网络设备接口打交道的协议，也就是需要从网络核心模块(core)接收数据和发送数据的。而其它协议TCP,UDP,IGMP,ICMP是需要直接利用IP协议的，需要从IP协议接收数据，以及利用IP协议发送数据，同时还要向上层Socket层提供直接的调用接口。可以看到IP层是一个核心的协议，向下需要和下层打交道，又要向上层提供所有的传输和接收的服务。

先来看看IP协议层。网络核心模块(core) 如果接收到IP层的数据，通过ptype_base[ETH_P_IP] 数组的IP层的项指向的IP协议的ip_packet_type->ip_rcv()函数把数据包传递给IP层,也就是说IP层通过这个函数ip_rcv()(linux/net/ipv4/ip_input.c)接收数据的。ip_rcv()这个函数只对IP数据包做了一些checksum的检查工作，如果包是正确的，就把包交给了下一个处理函数ip_rcv_finish()(注意调用是通过NF_HOOK这个宏实现的)。现在，ip_rcv_finish()这个函数真正要完成一些IP层的工作了。IP层要做的主要工作就是路由，要决定把数据包往那里送。路由的工作是通过函数ip_route_input()(/linux/net/ipv4/route.c,line 1622)实现的。对于进来的包可能的路由有这些： 属于本地的数据(即是需要传递给TCP，UDP，IGMP这些上层协议的) ； 需要转发的数据包(网关或者NAT服务器之类的)； 不可能路由的数据包(地址信息有误)； 我们现在关心的是如果数据是本地数据的时候怎么处理。ip_route_input()调用ip_route_input_slow()(net/ipv4/route.c, line 1312)，在ip_route_input_slow()里面 的1559行rth->u.dst.input=ip_local_deliver，这就是判断到IP包是本地的数据包，并把本地数据包处理函数的地址返回。好了，路由工作完成了，返回到ip_rcv_finish()。ip_rcv_finish()最后调用了skb->dst->input(skb)，从上面可以看到，这其实就是调用了ip_local_deliver()函数，而ip_local_deliver()接着就调用了ip_local_deliver_finish()。现在真正到了往上层传递数据包的时候了。

现在的情形和网络核心模块层(core) 往上层传递数据包的情形非常相似,怎么从多个协议选择合适的协议，并且往这个协议传递数据呢？网络网络核心模块层(core) 通过一个数组ptype_base[16]保存了注册了的所有可以接收数据的协议，同样网络协议层也定义了这样一个数组struct net_protocol*inet_protos[MAX_INET_PROTOS](/linux/net/ipv4/protocol.c#L102),它保存了所有需要从IP协议层接收数据的上层协议(IGMP，TCP，UDP，ICMP)的接收处理函数的地址。我们来看看TCP协议的数据结构是怎么样的：

／* 　　linux/net/ipv4/protocol.c line67 */ 

　　static struct inet_protocol tcp_protocol = { 
　　handler: tcp_v4_rcv,// 接收数据的函数 
　　err_handler: tcp_v4_err,// 出错处理的函数 
　　next: IPPROTO_PREVIOUS, 
　　protocol: IPPROTO_TCP, 
　　name: "TCP" 
　　};

第一项就是我们最关心的了，IP层可以通过这个函数把数据包往TCP层传的。在linux/net/ipv4/protocol.c的上部，我们可以看到其它协议层的处理函数是igmp_rcv(),udp_rcv(), icmp_rcv()。同样在linux/net/ipv4/protocol.c，往数组inet_protos[MAX_INET_PROTOS] 里面添加协议是通过函数inet_add_protocol()实现的，删除协议是通过 inet_del_protocol()实现的。inet_protos[MAX_INET_PROTOS]初始化的过程在linux/net/ipv4/af_inet.c inet_init()初始化函数里面。

inet_init(){ 
　　…… 
　　printk(KERN_INFO "IP Protocols: "); 
　　for (p = inet_protocol_base; p != NULL { 
　　struct inet_protocol *tmp = (struct inet_protocol *) p->next; 
　　inet_add_protocol(p);// 添加协议 
　　printk("%s%s",p->name,tmp?", ":"\n"); 
　　p = tmp; 
　　……… 
　　}