ipv6初始化和处理流程分析.docx
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ipv6初始化和处理流程分析
Ipv6初始化和处理流程分析
一.Ipv6的初始化
1.网络子系统概述
Linux内核中，与网络相关的代码是一个相对独立的子系统，称为网络子系统。
网络子系统是一个层次化的结构,可分为以下几个层次：
1）Socket层
Linux在发展过程中,采用BSDsocketAPIs作为自己的网络相关的API接口.同时,Linux的目标又要能支持各种不同的协议族,而且这些协议族都可以使用BSDsocketAPIs作为应用层的编程接口。
因此,在socketAPIs与协议族层之间抽象出一个socket层，用于将userspace的socketAPI调用，转给具体的协议族做处理。
2）协议族层（INET协议族、INET6协议族等）
Linux网络子系统功能上相当完备，它不仅支持INET协议族（也就是通常所说的TCP/IPstack），而且还支持其它很多种协议族，如DECnet,ROSE,NETBEUI等。
INET6就是一种新增加的协议族。
对于INET、INET6协议族来说，又进一步划分为传输层和网络层.
3）设备驱动层
设备驱动层则主要将协议族层与物理的网络设备隔离开.它不在本文的讨论范围之内。
下图是Linux网络系统层次结构图。
2.网络子系统的初始化
1）Socket层的初始化：
Init（）—〉do_basic_setup（）->sock_init（）
Sock_init（）：
对sock和skbuff结构进行SLAB内存的初始化工作
2）各种网络协议族的初始化：
Do_initcalls（）：
对于编译到内核中的功能模块（而不是以模块的形式动态加载），它的初始化函数会在这个地方被调用到。
内核映象中专门有一个初始化段，所有编译到内核中的功能模块的初始化函数都会加入到这个段中；而do_initcalls（）就是依次执行初始化段中的这些函数。
INET协议族通常是被编译进内核的；它的模块初始化函数是net/ipv4/af_inet.c中的inet_init（）
而INET6是作为一个模块编译的。
它的模块初始化函数是net/ipv6/af_inet6.c中的inet6_init（）
3.协议族
Linux网络子系统可以支持不同的协议族,Linux所支持的协议族定义在include/linux/socket.h
1）协议族数据结构
协议族数据结构是structnet_proto_family。
struct net_proto_family ｛
int family；
int （＊create）（struct socket ＊sock， int protocol）;
short authentication；
short encryption;
short encrypt_net;
struct module ＊owner；
}；
这个结构中，最重要的是create函数，一个新的协议族，必须提供此函数的实现。
这是因为：
不同的网络协议族，从userspace的使用方法来说，都是一样的，都是先调用socket（）来创建一个socketfd，然后通过这个fd发送/接收数据。
在userspace通过socket（）系统调用进入内核后，根据第一个参数协议族类型,来调用相应协议族create（）函数。
对INET6来说，这个函数inet6_create（）。
因此，要实现一个新的协议族，首先需要提供一个create（）的实现.关于create（）里面具体做了什么，后面再叙述.
Linux系统通过这种方式,可以很方便的支持新的网络协议族,而不用修改已有的代码。
这很好的符合了“开—闭原则”，对扩展开放，对修改封闭。
2）协议族注册
Linux维护一个structnet_proto_family 的数组net_families[］
如果要支持一个新的网络协议族，那么需要定义自己的structnet_proto_family，并且通过调用sock_register将它注册到net_families[］中.
4。
sock层
socket层又叫“socketaccessprotocollayer”。
它处于BSDsocketAPIs与底层具体的协议族之间。
这是一个抽象层，它起着承上启下的作用。
在这一层的数据结构也有着这种特点
1）数据结构
在userspace，通过socket（）创建的socketfd,在内核中对应的就是一个structsocket。
struct socket ｛
socket_state state;
unsigned long flags；
struct proto_ops ＊ops；
struct fasync_struct *fasync_list；
struct file *file;
struct sock ＊sk;
wait_queue_head_t wait;
short type；
}；
它定义于include/linux/net。
h中。
Structsocket的ops域指向一个structproto_ops结构，structproto_ops定义于include/linux/net。
h中,它是socket层提供给上层的接口,这个结构中，都是BSDsocketAPI的具体实现的函数指针。
一个socketAPI通过系统调用进入内核后,首先由socket层处理。
Socket层找到对应的structsocket,通过它找到structproto_ops，然后由它所指向的函数进行进一步处理。
以sendmsg（）这个函数为例，从userspace通过系统调用进入kernel后，由sys_sendmsg（）、sock_sendmsg（）依次处理，然后交给structproto_ops的sendmsg（）处理。
2）sock层和传输层的关联
INET和INET6这两种协议族,可以支持多种传输层协议，包括TCP、UDP、RAW，在2。
6内核中，又增加了一种新的传输层协议:
SCTP.
从内核角度看，要实现INET6协议族的某种传输层协议，则必须既提供socket层的structproto_ops的实现，也提供structproto的实现.除此之外，还需要提供一种手段，把这两个结构关联起来，也就是把socket层和传输层关联起来.
Linux提供了一个structinet_protosw的结构,用于socket层与传输层的关联。
struct inet_protosw ｛
struct list_head list;
/* These two fields form the lookup key. */
unsigned short type; /* This is the 2nd argument to socket
（2）。
＊/
int protocol； /＊ This is the L4 protocol number。
*/
struct proto ＊prot;
struct proto_ops *ops;
int capability; /* Which （if any） capability do
* we need to use this socket
＊ interface？
＊/
char no_check; /* checksum on rcv/xmit/none?
＊/
unsigned char flags； /* See INET_PROTOSW_* below。
＊/
｝;
这个结构定义于 include/net/protocol.h中，从它的命名上可以看到它属于INET和INET6协议族，但是没有查到资料为什么叫做protosw。
这个结构中，ops指向socket层的structproto_ops，prot指向传输层的structproto。
因此，对INET6这种要支持多种传输层协议的协议族，从内核的角度来说,只需要为每一种传输层协议定义相应的structproto_ops、structproto,然后再定义structinet_protosw，并将三者关联起来即可。
以INET6所支持的TCP为例：
static struct proto_ops inet6_sockraw_ops = ｛
。
family = PF_INET6，
.owner = THIS_MODULE，
。
release = inet6_release，
.bind = inet6_bind，
。
connect = inet_dgram_connect, /* ok ＊/
.socketpair = sock_no_socketpair, /＊ a do nothing ＊/
.accept = sock_no_accept, /* a do nothing */
.getname = inet6_getname,
.poll = datagram_poll， /* ok ＊/
。
ioctl = inet6_ioctl, /* must change ＊/
.listen = sock_no_listen, /＊ ok ＊/
。
shutdown = inet_shutdown, /* ok */
.setsockopt = sock_common_setsockopt， /＊ ok */
。
getsockopt = sock_common_getsockopt， /* ok */
。
sendmsg = inet_sendmsg, /＊ ok */
.recvmsg = sock_common_recvmsg， /* ok */
。
mmap = sock_no_mmap,
。
sendpage = sock_no_sendpage，
};
struct proto tcpv6_prot = {
。
name = ”TCPv6"，
。
owner = THIS_MODULE,
。
close = tcp_close,
。
connect = tcp_v6_connect,
.disconnect = tcp_disconnect,
。
accept = inet_csk_accept,
。
ioctl = tcp_ioctl，
。
init = tcp_v6_init_sock,
.destroy = tcp_v6_destroy_sock，
.shutdown = tcp_shutdown，
。
setsockopt = tcp_setsockopt,
。
getsockopt = tcp_getsockopt，
.sendmsg = tcp_sendmsg,
。
recvmsg = tcp_recvmsg，
。
backlog_rcv = tcp_v6_do_rcv,
.hash = tcp_v6_hash,
。
unhash = tcp_unhash，
.get_port = tcp_v6_get_port，
.enter_memory_pressure = tcp_enter_memory_pressure，
。
sockets_allocated = &tcp_sockets_allocated，
.memory_allocated = ＆tcp_memory_allocated，
.memory_pressure = ＆tcp_memory_pressure,
。
orphan_count = ＆tcp_orphan_count，
.sysctl_mem = sysctl_tcp_mem，
.sysctl_wmem = sysctl_tcp_wmem,
。
sysctl_rmem = sysctl_tcp_rmem,
。
max_header = MAX_TCP_HEADER,
。
obj_size = sizeof（struct tcp6_sock）,
。
twsk_obj_size = sizeof（struct tcp6_timewait_sock）,
.rsk_prot = &tcp6_request_sock_ops，
};
static struct inet_protosw tcpv6_protosw = ｛
.type = SOCK_STREAM，
.protocol = IPPROTO_TCP，
。
prot = &tcpv6_prot，
。
ops = ＆inet6_stream_ops,
。
capability = -1,
.no_check = 0，
.flags = INET_PROTOSW_PERMANENT,
｝;
Linux为INET6协议族定义一个structinet_protosw的链表数组inetsw6[]。
要支持某种传输层协议，首先实现相应的structproto_ops、structproto，然后实现structinet_protosw，将两者关联，最后,通过inet6_register_protosw（），将此structinet_protosw注册到inet6_sw［]中。
注册的时候，根据structinet_protosw的type，将它放到inet6_sw［type]所在的链表中,相同的type,不同的protocol，会在同一个链表上。
3）数据结构之间的联系
从userspace角度看，要使用INET6协议族的某种传输层协议，首先需要通过socket（）调用创建一个相应的socketfd，然后再通过这个socketfd，接收和发送数据。
socket（）的原型是：
intsocket（intdomain，inttype,intprotocol）；
domain指定了协议族.
type表明在网络中通信所遵循的模式。
主要的值有:
SOCK_STREAM、SOCK_DGRAM、SOCK_RAW等。
SOCK_STREAM是面向流的通信方式,而SOCK_DGRAM是面向报文的通信方式.不同的通信方式，在接收数据和发送数据时，具有不同的处理方式。
Protocol则指明具体的传输层协议。
不同的传输层协议，可能具有相同的type，例如TCP和SCTP都是SOCK_STREAM类型。
以socket（PF_INET6，SOCK_STREAM，0）为例,在进入内核空间后，
根据domain，找到inet6_family_ops。
创建structsocket
调用inet6_family_opsde create（），也就是inet6_create（）
inet6_create（）根据type和protocol在inet6_sw[］中找到对应的structinet_protosw，也就是tcpv6_protosw
创建structsock，将structsocket和structsock关联起来
将structsocket和tcpv6_protosw的ops，也就是inet6_stream_ops关联起来
将structsock和tcpv6_protosw的prot，也就是tcpv6_prot关联起来.
这样,socket层和传输层的数据结构之间的关系建立起来了，此后，应用层通过socketfd接收或者发送数据的时候，就会先经过socket层inet6_stream_ops处理，然后经过传输层的tcpv6_prot处理。
二。
网卡接收数据
这部分是说明数据报文在在链路层的处理，以及如何将报文送交给对应的网络层协议来处理。
这些功能基本都是在驱动中实现的.
1。
网络中接收数据报文的两个终端：
硬中断和软中断
（1）。
硬中断的中断处理函数是在驱动中注册，一般在deviceopen（）函数或者deviceinit（）函数中注册,使用request_irq（）来注册硬中断处理函数。
当网卡接收到数据的时候,就会调用这个终端处理函数来处理。
比如8139too.c函数就用 retval=request_irq（dev—〉irq，rtl8139_interrupt,SA_SHIRQ,dev->name，dev）来注册硬中断处理函数。
（2）。
软中断是通过NET_RX_SOFTIRQ信号来触发的，处理函数是net_rx_action。
注册函数是open_softirq（NET_RX_SOFTIRQ，net_rx_action，NULL）.触发这个中断信号（raiseirq）一般是在硬中断处理流程中，当硬中断处理基本结束的时候，通过调用__raise_softirq_irqoff（NET_RX_SOFTIRQ）来触发这个中断。
2。
接收软中断
接收软中断（net_rx_action）主要还是通过调用驱动中的poll的方法进行接收.在poll方法中，会提取接收包,根据它所在的设备和协议类型传递给各自的包处理器.以rtl8
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