【C语言】linux内核ip_local_out函数

一、讲解

这个函数 __ip_local_out 是 Linux 内核网络子系统中的函数，部分与本地出口的 IPv4 数据包发送相关。下面讲解这段代码的每一部分：
1. 函数声明 int __ip_local_out(struct net *net, struct sock *sk, struct sk_buff *skb)：
   - struct net *net：是指向网络命名空间（network namespace）结构的指针，用来划分和隔离不同的网络环境。
   - struct sock *sk：是一个表示网络套接字的结构体指针，可以包含该数据包的源信息（如端口号、套接字选项等）。
   - struct sk_buff *skb：指向“socket buffer”结构体的指针，代表网络层面的数据包，包含要发送的数据和相关控制信息。
2. struct iphdr *iph = ip_hdr(skb);：
   - 定义了一个指向IP头部的指针 iph，通过调用 ip_hdr(skb) 来获得指向 skb 中IP头部的指针。
3. iph->tot_len = htons(skb->len);：
   - 设置IP头部的总长度字段 tot_len。通过 htons 函数将主机字节序转换成网络字节序，并将 skb 缓冲区的长度赋给它。
4. ip_send_check(iph);：
   - 调用 ip_send_check 函数来计算IP头部的校验和。
5-7. 接下来的注释说明，如果出口设备绑定到了一个L3主设备（如VRF - Virtual Routing and Forwarding），则需要将数据包传递给对应的处理程序。
8. skb = l3mdev_ip_out(sk, skb);：
   - 调用 l3mdev_ip_out 函数处理数据包，这个处理可能涉及特定的路由选择。
9. if (unlikely(!skb)) return 0;：
   - 检查 skb 是否已被 l3mdev_ip_out 释放或处理，如果是，那么函数返回0，表示没有更多处理需要完成。
10. skb->protocol = htons(ETH_P_IP);：
    - 在发送之前，设置数据包 skb->protocol 字段为IP协议（`ETH_P_IP`），并使用 htons 进行字节序转换。
11. 最后一行是调用 Netfilter 钩子（hook）：   

    return nf_hook(NFPROTO_IPV4, NF_INET_LOCAL_OUT,net, sk, skb, NULL, skb_dst(skb)->dev,dst_output);

    - 这是用于将数据包传递给网络过滤（Netfilter）框架，进行可能的过滤或调整。
    - NFPROTO_IPV4 指明协议是 IPv4。
    - NF_INET_LOCAL_OUT 是钩子点，表示数据包在本地被发送出去之前的处理阶段。
    - net, sk, skb, NULL, skb_dst(skb)->dev 是传递给钩子的各种参数。
    - dst_output 是输出函数，如果数据包通过过滤，它将负责将数据包发送出去。
这个函数最终返回 Netfilter 钩子的返回值，其可能是一个错误码或成功指示。整体来看，这个函数是处理并发送IPV4本地出口数据包的一部分过程。

二、中文注释

这个函数是Linux内核网络栈中的一个函数，它的责任是处理IP层的本地输出。

int __ip_local_out(struct net *net, struct sock *sk, struct sk_buff *skb)
{// 获取指向sk_buff中IP报头的指针struct iphdr *iph = ip_hdr(skb);// 设置IP报头中的总长度字段为skb的长度，htons用于将主机字节顺序转换为网络字节顺序iph->tot_len = htons(skb->len);// 计算和填充IP报头的校验和ip_send_check(iph);/* 如果出口设备属于一个L3主设备，就将skb传递给它的处理函数* l3mdev_ip_out负责处理skb，可能进行一些特定于该设备的处理*/skb = l3mdev_ip_out(sk, skb);// 如果skb为空，说明处理不成功，返回0if (unlikely(!skb))return 0;// 设置skb的协议字段为IP协议，htons用于将主机字节顺序转换为网络字节顺序skb->protocol = htons(ETH_P_IP);// 调用netfilter钩子，以便进行进一步的处理（例如，过滤，NAT等）// nf_hook会根据配置决定是否处理skb或将其传递给下一个处理阶段return nf_hook(NFPROTO_IPV4, NF_INET_LOCAL_OUT,net, sk, skb, NULL, skb_dst(skb)->dev,dst_output);
}

解释完成后，简单总结此函数的流程：
1. 函数定义有三个参数：net结构体表示网络命名空间，sock结构体表示套接字状态信息，sk_buff结构体指针skb表示要处理的网络数据包。
2. 提取IP报头，并根据skb的长度设置IP报头的总长度字段。
3. 计算IP头部校验和。
4. 如果skb是流向L3主设备的，则调用l3mdev_ip_out函数进行进一步处理。
5. 如果l3mdev_ip_out返回null（即无法处理skb），则函数直接返回0。
6. 设置skb的协议类型为ETH_P_IP，表示这是一个IP数据包。
7. 最后调用`nf_hook`函数，触发相应的Netfilter钩子进行后续处理，如过滤、NAT等，然后将数据包传递到下一步（通常是网络接口层）。这里的`dst_output`是目标输出函数，用于最终将数据包发送出去。
这个函数是网络输出路径的一部分，确保在IP层发送的每个数据包都正确处理，并通过Netfilter框架进行必要的检查和修改。

三、ip_local_out

这段代码是Linux内核网络栈的一部分，是一个用于处理本地发出的IP数据包的函数。`ip_local_out` 函数是在网络层处理完毕，准备发送数据包到链路层之前调用的。下面是详细的中文解释：

int ip_local_out(struct net *net, struct sock *sk, struct sk_buff *skb)

这个函数的定义意味着它用于处理本地发出的IP数据包。它接收三个参数：
- struct net *net：指向当期网络命名空间的指针。
- struct sock *sk：与数据包相关联的socket结构体的指针。
- struct sk_buff *skb：指向"socket buffer"的指针，这是一个封装了待发送数据包内容的结构体。

{int err;

定义一个整型变量 err，用于存储操作的结果状态。

    err = __ip_local_out(net, sk, skb);

调用 __ip_local_out 函数尝试处理和发送数据包。这个函数进行一系列的校验和调整，并准备数据包被发送。它返回一个整数值来表示操作的结果。

    if (likely(err == 1))err = dst_output(net, sk, skb);

后续的代码检查 __ip_local_out 函数的返回值。使用 likely 宏是一个编译器优化，指示 err == 1 这个条件很可能是真的，这样编译器可以优化代码的分支预测。如果 __ip_local_out 成功，返回值会是1，这时会调用 dst_output 函数来发送数据包。`dst_output` 函数完成将数据包发送到目的地的最后一步工作。

    return err;
}

最后，函数返回 err 变量的值，表示了 ip_local_out 这个函数的整体执行结果。如果一切成功，应该是返回零或者在传输数据包过程中发生的任何错误码。

EXPORT_SYMBOL_GPL(ip_local_out);

最后一行代码 EXPORT_SYMBOL_GPL 是一个宏，用于导出 ip_local_out 函数的符号，使其可以被其他模块调用，同时指定导出的符号遵循GPL许可。这样，只有GPL兼容的代码才能够使用此函数。

四、dst_output

dst_output 函数是一个在网络栈中用来处理传输层发出的数据包的内联函数（inline function），其目的是将数据包传递给下一层（通常是网络层），以便最终发送到网络上。函数原型如下：

static inline int dst_output(struct net *net, struct sock *sk, struct sk_buff *skb)

参数解释：
- struct net *net: 指向当前网络命名空间的指针，用于在多个网络命名空间环境中确定数据包所属的命名空间。
- struct sock *sk: 指向套接字结构的指针，代表数据包来源的套接字。这个结构包含了一系列关于套接字状态和选项的信息。
- struct sk_buff *skb: 指向“socket buffer”结构的指针，这是内核中用以存储网络数据包的标准容器。
函数的实现只包含一行代码：

return skb_dst(skb)->output(net, sk, skb);

解释：
- skb_dst(skb): 这是一个宏，功能是从 skb（数据包）中提取目的地信息（即 dst_entry 结构）。每个数据包都有一个 dst_entry，包含了关于目的地的信息，如路由决策。
- ->output: 这是 dst_entry 结构中的一个函数指针，指向实际负责输出数据包的函数。
- net, sk, skb: 将 dst_output 函数的参数传递给 output 函数，以便正确处理数据包。
总体来说，`dst_output` 函数的职责是调用正确的输出处理函数，这个函数由路由子系统在数据包通过路由选择的过程中确定，数据包将基于路由信息被发送到正确的网络接口。该函数的返回值通常是一个错误码，指示操作成功还是发生错误。

五、skb_dst

skb_dst 几乎在所有内核版本中都是通过宏定义实现的，因此你不会在代码中找到一个名为`skb_dst`的函数。它是对`sk_buff`数据结构中的一部分内容的一个访问器，通常是这样定义的：

#define skb_dst(skb) ((skb)->dst)

这个宏简单地从`sk_buff`结构体中提取出`dst`成员。`sk_buff`通常是内核网络子系统处理数据包时使用的数据结构，其中包含了数据包的各种控制信息和数据内容。
dst成员是一个`dst_entry`类型的指针，包含了关于目的地路由信息的详细内容，如下一跳地址、路径度量、特定的路由标志等。
实际的`dst_entry`结构体和相关函数的定义可以在内核源代码的路由（routing）相关的文件中找到，例如`include/net/dst.h`和相关的`net/ipv4`或`net/ipv6`目录下的文件。
请注意，内核源代码的具体结构和定义可能会根据正在查看的Linux内核版本有所不同。如果打算对这部分代码进行修改或者深入理解，建议确认正在查看的内核源代码的版本和具体的文件路径。