Linux内核源码剖析 TCP/IP实现 上PDF电子书下载

第1章 预备知识 1

1.1 应用层配置诊断工具 2

1.1.1 iputils 2

1.1.2 net-tools 2

1.1.3 iproute2 2

1.2 内核空间与用户空间的接口 2

1.2.1 procfs 2

1.2.2 sysctl（／proc／sys目录） 4

1.2.3 sysfs（／sys文件系统） 5

1.2.4 ioctl系统调用 6

1.2.5 netlink套接口 6

1.3 网络I/O加速 6

1.3.1 TSO/GSO 7

1.3.2 I/O AT 8

1.4 其他 8

1.4.1 slab分配器 9

1.4.2 RCU 9

第2章 网络体系结构概述 10

2.1 引言 10

2.2 协议简介 10

2.3 网络架构 11

2.4 系统调用接口 11

2.5 协议无关接口 12

2.6 传输层协议 12

2.7 套接口缓存 13

2.8 设备无关接口 14

2.9 设备驱动程序 14

2.10 网络模块源代码组织 14

第3章 套接口缓存 15

3.1 引言 15

3.2 sk_buff结构 15

3.2.1 网络参数和内核数据结构 16

3.2.2 SKB组织相关的变量 19

3.2.3 数据存储相关的变量 20

3.2.4 通用的成员变量 21

3.2.5 标志性变量 24

3.2.6 特性相关的成员变量 25

3.3 skb_shared_info结构 25

3.3.1 “零拷贝”技术 25

3.3.2 对聚合分散I/O数据的支持 27

3.3.3 对GSO的支持 30

3.3.4 访问skb_shared_info结构 31

3.4 管理函数 31

3.4.1 SKB的缓存池 31

3.4.2 分配SKB 32

3.4.3 释放SKB 34

3.4.4 数据预留和对齐 36

3.4.5 克隆和复制SKB 38

3.4.6 链表管理函数 42

3.4.7 添加或删除尾部数据 42

3.4.8 拆分数据：skb_split（） 44

3.4.9 重新分配SKB的线性数据区：pskb_expand_head（） 46

3.4.10 其他函数 46

第4章 网络模块初始化 48

4.1 引言 48

4.2 网络模块初始化顺序 48

4.3 优化基于宏的标记 49

4.4 网络设备处理层初始化 52

第5章 网络设备 55

5.1 PCI设备 55

5.1.1 PCI驱动程序相关结构 55

5.1.2 注册PCI驱动程序 57

5.2 与网络设备有关的数据结构 59

5.2.1 net_device结构 59

5.2.2 网络设备有关结构的组织 71

5.2.3 相关函数 72

5.3 网络设备的注册 73

5.3.1 设备注册的时机 73

5.3.2 分配net_device结构空间 73

5.3.3 网络设备注册过程 75

5.3.4 注册设备的状态迁移 79

5.3.5 设备注册状态通知 79

5.3.6 引用计数 80

5.4 网络设备的注销 80

5.4.1 设备注销的时机 80

5.4.2 网络设备注销过程 81

5.5 网络设备的启用 86

5.6 网络设备的禁用 88

5.7 与电源管理交互 89

5.7.1 挂起设备 90

5.7.2 唤醒设备 90

5.8 侦测连接状态改变 91

5.8.1 调度处理连接状态改变事件 91

5.8.2 linkwatch标志 95

5.9 从用户空间配置设备相关信息 95

5.9.1 ethtool 95

5.9.2 媒体独立接口 97

5.10 虚拟网络设备 97

第6章 IP编址 99

6.1 接口和IP地址 99

6.1.1 主IP地址、从属IP地址和IP别名 99

6.1.2 IP地址的组织 99

6.1.3 in_device结构 100

6.1.4 in_ifaddr结构 101

6.2 函数 102

6.2.1 inetdev_init（） 102

6.2.2 inetdev_destroy（） 104

6.2.3 inet_select_addr（） 104

6.2.4 inet_confirm_addr（） 106

6.2.5 inet_addr_onlink（） 107

6.2.6 inetdev_by_index（） 107

6.2.7 inet_ifa_byprefix（） 108

6.2.8 inet_abc_len（） 108

6.3 IP地址的设置 109

6.3.1 netlink接口 109

6.3.2 inet_insert_ifa（） 111

6.3.3 inet_del_ifa（） 112

6.4 ioctl 115

6.5 inetaddr_chain通知链 121

第7章 接口层的输入 122

7.1 系统参数 122

7.2 接口层的ioctl 123

7.2.1 SIOCxIFxxx类命令 123

7.2.2 SIOCETHTOOL 126

7.2.3 私有命令 127

7.3 初始化 127

7.4 softnet_data结构 128

7.5 NAPI方式 130

7.5.1 网络设备中断例程 131

7.5.2 网络输入软中断 131

7.5.3 轮询处理 133

7.6 非NAPI方式 134

7.7 接口层输入报文的处理 137

7.7.1 报文接收例程 137

7.7.2 netif_receive_skb（） 138

7.7.3 dev_queue_xmit_nit（） 141

7.8 响应CPU状态的变化 142

7.9 netpoll 143

7.9.1 netpoll相关结构 143

7.9.2 注册netpoll实例 145

7.9.3 netpoll的输入 148

7.9.4 netpoll的输出 156

7.9.5 tx_work工作队列 159

7.9.6 netpoll实例：netconsole 160

第8章 接口层的输出 163

8.1 输出接口 163

8.1.1 dev_queue_xmit（） 163

8.1.2 dev_hard_start_xmit（） 167

8.1.3 e100的输出接口：e100_xmi_frame（） 168

8.2 网络输出软中断 168

8.2.1 netif_schedule（） 168

8.2.2 net_tx_action（） 169

8.3 网络设备不支持GSO时的处理 170

8.3.1 dev_gso_cb私有控制块 171

8.3.2 dev_gso_segment（） 171

8.3.3 skb_gso_segmem（） 172

第9章 流量控制 174

9.1 通过流量控制后输出 174

9.1.1 dev_queue_xmit（） 175

9.1.2 qdisc_restart（） 176

9.2 构成流量控制的三种元素 178

9.2.1 排队规则 179

9.2.2 类 186

9.2.3 过滤器 189

9.3 默认的FIFO排队规则 192

9.3.1 pfifo_fast_init（） 194

9.3.2 pfifo_fast_reset（） 194

9.3.3 pfifo_fast_enqueue（） 194

9.3.4 pfifo_fast_dequeue（） 195

9.3.5 pfifo_fast_requeue（） 195

9.4 netlink的tc接口 195

9.5 排队规则的创建接口 197

9.5.1 类的创建接口 201

9.5.2 过滤器的创建接口 204

第10章 Internet协议族 209

10.1 net_proto_family结构 209

10.2 inet_protosw结构 210

10.3 net_protocol结构 212

10.4 Internet协议族的初始化 214

第11章 IP：网际协议 217

11.1 引言 217

11.1.1 IP首部 218

11.1.2 IP数据报的输入与输出 219

11.2 IP的私有信息控制块 220

11.3 系统参数 220

11.4 初始化 223

11.5 IP层套接口选项 223

11.6 ipv4_devconf结构 227

11.7 套接口的错误队列 229

11.7.1 添加ICMP差错信息 231

11.7.2 添加由本地产生的差错信息 232

11.7.3 读取错误信息 233

11.8 报文控制信息 235

11.8.1 IP控制信息块 235

11.8.2 报文控制信息的输出 235

11.8.3 报文控制信息的输入 236

11.9 对端信息块 237

11.9.1 系统参数 239

11.9.2 对端信息块的创建和查找 239

11.9.3 对端信息块的删除 241

11.9.4 垃圾回收 242

11.10 IP数据报的输入处理 244

11.10.1 IP数据报输入到本地 247

11.10.2 IP数据报的转发 249

11.11 IP数据报的输出处理 253

11.11.1 IP数据报输出到设备 253

11.11.2 TCP输出的接口 255

11.11.3 UDP输出的接口 261

11.12 IP层对GSO的支持 275

11.12.1 inet_gso_segment（） 275

11.12.2 inet_gso_send_check（） 277

第12章 IP选项处理 278

12.1 IP选项 278

12.1.1 选项列表的结束符 279

12.1.2 空操作 279

12.1.3 安全选项 279

12.1.4 严格源路由选项 280

12.1.5 宽松源路由选项 281

12.1.6 记录路由选项 282

12.1.7 流标识选项 282

12.1.8 时间戳选项 283

12.1.9 路由器警告选项 283

12.2 ip_options结构 284

12.3 在IP数据报中构建IP选项 285

12.4 复制IP数据报中选项到指定的ip_options结构 286

12.5 处理待发送IP分片中的选项 290

12.6 解析IP选项 291

12.7 还原在校验IP选项时修改的IP选项 297

12.8 处理转发IP数据报中的IP选项 298

12.9 处理IP数据报的源路由选项 299

12.10 解析并处理IP首部中的IP选项 300

12.11 路由警告选项的处理 301

12.12 由控制信息生成IP选项信息块 302

第13章 IP的分片与组装 303

13.1 系统参数 303

13.2 分片 303

13.2.1 快速分片 306

13.2.2 慢速分片 309

13.3 组装 312

13.3.1 ipq结构 312

13.3.2 ipq散列表和链表的维护 315

13.3.3 ipq散列表的重组 316

13.3.4 超时IP分片的清除 317

13.3.5 垃圾收集 318

13.3.6 相关分片组装函数 319

13.3.7 分片组装 327

第14章 ICMP：Internet控制报文协议 330

14.1 ICMP报文结构 330

14.2 注册ICMP报文类型 330

14.3 系统参数 330

14.4 ICMP的初始化 332

14.5 输入处理 333

14.5.1 差错处理 337

14.5.2 重定向处理 342

14.5.3 请求回显 343

14.5.4 时间戳请求 345

14.5.5 地址掩码请求和应答 346

14.6 输出处理 346

14.6.1 发送ICMP报文 346

14.6.2 发送回显应答和时间戳应答报文 350

第15章 IP组播 353

15.1 初始化 353

15.2 虚拟接口 354

15.2.1 虚拟接口的添加 355

15.2.2 虚拟接口的删除：vif_delete（） 358

15.2.3 查找虚拟接口：ipmr_find_vif（） 358

15.3 组播转发缓存 358

15.3.1 组播转发缓存的创建 361

15.3.2 组播转发缓存的删除 361

15.3.3 组播转发缓存的查找 361

15.3.4 向组播路由守护进程发送报告 362

15.4 临时组播转发缓存 364

15.4.1 临时组播转发缓存队列 365

15.4.2 创建临时组播转发缓存 365

15.4.3 用于超时而删除临时组播转发缓存的定时器 367

15.4.4 释放临时组播缓存项中保存的临时组播报文 368

15.5 外部事件 369

15.6 组播套接口选项 369

15.6.1 IP_MULTICAST_TTL 369

15.6.2 IP_MULTICAST_LOOP 370

15.6.3 IP_MULTICAST_IF 370

15.6.4 IP_ADD_MEMBERSHIP 372

15.6.5 IP_DROP_MEMBERSHIP 372

15.6.6 IP_MSFILTER 373

15.6.7 IP_BLOCK_SOURCE和IP_UNBLOCK_SOURCE 375

15.6.8 IP_ADD_SOURCE_MEMBERSHIP和IP_DROP_SOURCE_MEMBERSHIP 375

15.6.9 MCAST_JOIN_GROUP 376

15.6.10 MCAST_LEAVE_GROUP 377

15.6.11 MCAST_BLOCK_SOURCE和MCAST_UNBLOCK_SOURCE 377

15.6.12 MCAST_JOIN_SOURCE_GROUP和MCAST_LEAVE_SOURCE_GROUP 377

15.6.13 MCAST_MSFILTER 378

15.7 组播选路套接口选项 378

15.7.1 MRT_INIT 379

15.7.2 MRT_DONE 379

15.7.3 MRT_ADD_VIF和MRT_DEL_VIF 380

15.7.4 MRT_ADD_MFC和MRT_DEL_MFC 380

15.7.5 MRT_ASSERT 380

15.8 组播的ioctl 380

15.8.1 SIOCGETVIFCNT 380

15.8.2 SIOCGETSGCNT 380

15.9 组播报文的输入 381

15.10 组播报文的转发 383

15.10.1 ip_mr_forward（） 383

15.10.2 ipmr_queue_xmit（） 385

15.11 组播报文的输出 388

第16章 IGMP：Internet组管理协议 390

16.1 in_device结构中的组播参数 390

16.2 ip_mc_list结构 391

16.3 系统参数 393

16.4 IGMP的版本与协议结构 393

16.4.1 IGMP的版本 393

16.4.2 第一版和第二版的IGMP报文结构 395

16.4.3 第三版的IGMP查询报文结构 395

16.4.4 第三版的IGMP报告结构 396

16.5 IGMP报文的输入 398

16.6 函数 399

16.6.1 ip_mc_find_dev（） 399

16.6.2 ip_check_mc（） 400

16.7 成员关系查询 400

16.8 成员关系报告 404

16.8.1 最近离开组播组列表的维护 404

16.8.2 is_in（） 404

16.8.3 add_grec（） 406

16.8.4 普通查询的报告 409

16.8.5 V1和V2的报告以及V3的当前状态记录报告 410

16.8.6 主动发送组关系报告 413

16.9 维护套接口组播状态 416

16.9.1 套接口加入组播组 417

16.9.2 套接口离开组播组 418

16.10 维护网络设备组播状态 419

16.10.1 被阻止的组播源列表的维护 421

16.10.2 网络设备加入组播组 421

16.10.3 网络设备离开组播组 425

16.11 ip_mc_source（） 430

16.12 ip_mc_msfilter（） 434

16.13 网络设备组播硬件地址的管理 436

第17章 邻居子系统 437

17.1 什么是邻居子系统 437

17.2 系统参数 437

17.3 邻居子系统的结构 438

17.3.1 neigh_table结构 438

17.3.2 neighbour结构 441

17.3.3 neigh_ops结构 444

17.3.4 neigh_parms结构 445

17.3 5 pneigh_entry结构 447

17.3 6 neigh_statistics结构 447

17.3.7 hh_cache结构 448

17.4 邻居表的初始化 449

17.5 邻居项的状态机 450

17.6 邻居项的添加与删除 452

17.6.1 netlink接口 452

17.6.2 ioctl 456

17.6.3 路由表项与邻居项的绑定 456

17.6.4 接收到的并非请求的应答 456

17.7 邻居项的创建与初始化 456

17.7.1 neigh_alloc（） 456

17.7.2 neigh_create（） 457

17.8 邻居项散列表的扩容 459

17.9 邻居项的查找 460

17.9.1 neigh_lookup（） 460

17.9.2 neigh_lookup_nodev（） 461

17.9.3 _neigh_lookup（）和neigh_lookup_errno（） 461

17.10 邻居项的更新 461

17.11 垃圾回收 465

17.11.1 同步回收 465

17.11.2 异步回收 466

17.12 外部事件 468

17.13 邻居项状态处理定时器 469

17.14 代理项 472

17.14.1 代理项的查找、添加和删除 472

17.14.2 延时处理代理的请求报文 472

17.15 输出函数 474

17.15.1 丢弃 474

17.15.2 慢速发送 474

17.15.3 快速发送 477

第18章 ARP：地址解析协议 480

18.1 ARP报文格式 480

18.2 系统参数 481

18.3 注册ARP报文类型 483

18.4 ARP初始化 483

18.5 ARP的邻居项函数指针表 483

18.6 ARP表 484

18.7 函数 485

18.7.1 arp_error_report（） 485

18.7.2 arp_solicit（） 485

18.7.3 arp_ignore（） 486

18.7.4 arp_filter（） 488

18.8 IPv4中邻居项的初始化 488

18.9 ARP报文的创建 490

18.10 ARP的输出 490

18.11 ARP的输入 491

18.11.1 arp_rcv（） 491

18.11.2 arp_process（） 492

18.12 ARP代理 497

18.12.1 arp_process（） 498

18.12.2 arp_fwd_proxy（） 499

18.12.3 parp_redo（） 500

18.13 ARP的ioctl 500

18.14 外部事件 501

18.15 路由表项与邻居项的绑定 502

第19章 路由表 503

19.1 什么是路由表 503

19.1.1 路由的要素 503

19.1.2 特殊路由 505

19.1.3 路由缓存 505

19.2 系统参数 506

19.3 路由表组成结构 506

19.3.1 fib_table结构 508

19.3.2 fn_zone结构 510

19.3.3 fib_node结构 511

19.3.4 fib_alias结构 511

19.3.5 fib_info结构 512

19.3.6 fib_nh结构 515

19.4 路由表的初始化 516

19.5 netlink接口 517

19.5.1 netlink路由表项消息结构 517

19.5.2 inet_rtm_newroute（） 519

19.5.3 inet_rtm_delroute（） 520

19.6 获取指定的路由表 520

19.7 路由表项的添加 520

19.8 路由表项的删除 526

19.9 外部事件 528

19.9.1 网络设备状态变化事件 528

19.9.2 IP地址变化事件 529

19.9.3 fib_add_ifaddr（） 529

19.9.4 fib_del_ifaddr（） 531

19.9.5 fib_disable_ip（） 534

19.9.6 fib_magic（） 534

19.10 选路 535

19.10.1 输入选路：ip_route_input_slow（） 535

19.10.2 组播输入选路：ip_route_input_mc（） 539

19.10.3 输出选路：ip_route_output_slow（） 541

19.10.4 fib_lookup（） 546

19.10.5 fn_hash_lookup（） 548

19.11 ICMP重定向消息的发送 548