手把手教你IP数据包接收过程（超详细）

2022-04-16 14:45 作者:补给站Linux内核 0人读过 | 我要投稿

在《深度剖析Linux 网络中断下半部处理（看完秒懂）》一文中介绍过，当网卡接收到网络数据包后，会由网卡驱动通过调用 netif_rx 函数把数据包添加到待处理队列中，然后唤起网络中断下半部处理。

而网络中断下半部处理由 net_rx_action 函数完成的，其主要功能就是从待处理队列中获取一个数据包，然后根据数据包的网络层协议类型来找到相应的处理接口来处理数据包。我们通过图1 来展示 net_rx_action 函数的处理过程：

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网络层的处理接口保存在 ptype_base 数组中，其元素的类型为 packet_type 结构，而索引为网络层协议的类型，所以通过网络层协议的类型就能找到对应的处理接口，我们先来看看 packet_type 结构的定义：

ptype_base 数组的定义如下：

从 ptype_base 数组的定义可知，其只有 16 个元素，那么如果内核超过 16 种网络层协议怎么办？我们可以从网络层处理接口的注册函数 dev_add_pack 中找到答案：

从 dev_add_pack 函数的实现可知，内核把 ptype_base 数组当成了哈希表，而键值就是网络层协议类型，哈希函数就是对协议类型与 15 进行与操作。如果有冲突，就通过 next 指针把冲突的处理接口连接起来。
我们再来看看 IP 协议是怎样注册处理接口的，如下代码：

从上面的代码可以看到，在 ip_init 函数中调用了 dev_add_pack(&ip_packet_type) 函数来注册了 IP 协议的处理接口，而 IP 协议的处理接口为 ip_rcv 函数。

现在就非常清晰了，就是根据数据包的网络层协议类型，然后从 ptype_base 数组中找到对应的处理接口处理数据包，如 IP 协议的数据包就调用 ip_rcv 函数处理。

处理IP数据包

通过上面的分析，我们知道当内核接收到一个 IP 数据包后，会调用 ip_rcv 函数处理这个数据包，下面我们来分析一下 ip_rcv 函数的实现：
ip_rcv 函数主要对数据包的合法性进行验证，如果数据包是合法的，那么就调用 ip_rcv_finish 函数继续对数据包进行处理。
我们继续分析 ip_rcv_finish 函数的实现：
为了简单起见，我们去掉了对 IP 选项的处理。在上面的代码中，如果数据包的输入路由缓存还没设置，那么先调用 ip_route_input 函数获取数据包的输入路由缓存（ip_route_input 函数将会在路由子系统一章介绍，暂时可以忽略这个函数）。
设置好数据包的路由缓存后，就调用路由缓存的 input 方法处理数据包。如果数据包是发送给本机的，那么路由缓存的 input 方法将会被设置为 ip_local_deliver（由 ip_route_input 函数设置）。
所有，如果数据包是发送给本机，那么最终会调用 ip_local_deliver 函数处理数据包，我们继续来分析 ip_local_deliver 函数：

ip_local_deliver 函数首先判断数据包是否为一个 IP 分片（IP 分片将在下一篇文章介绍，暂时可以忽略），如果是就调用 ip_defrag 函数对数据包进行分片重组处理。如果数据包不是一个分片或者分片重组成功，那么最终调用 ip_local_deliver_finish 函数处理数据包。

ip_local_deliver_finish 函数是 IP 层处理数据包的最后一步，我们接着分析 ip_local_deliver_finish 函数的实现：

不同的传输层协议处理函数，会根据其协议类型的值保存到 inet_protos 数组中。由于 inet_protos 数组只有32个元素，所以保存处理函数时，需要将协议值与32进行取模操作，得到一个 0 ~ 31 的值，然后把处理函数保存到 inet_protos 数组对应位置上。如果有多个协议发生冲突，那么就通过 next 字段连接起来。

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