• Linux網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧是內(nèi)核中最大的組件之一，由于網(wǎng)絡(luò)部分應(yīng)用的范圍很廣，也相對(duì)較熱，該部分現(xiàn)有的資料很多，學(xué)起來(lái)也比較容易。首先，我們看看貫穿網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧各層的一個(gè)最關(guān)鍵數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)——套接字緩沖區(qū)（sk_buff結(jié)構(gòu)）。

• 一個(gè)封包就存儲(chǔ)在這個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中。所有網(wǎng)絡(luò)分層都會(huì)使用這個(gè)結(jié)構(gòu)來(lái)存儲(chǔ)其報(bào)頭、有關(guān)數(shù)據(jù)的信息，以及用來(lái)協(xié)調(diào)工作的其他內(nèi)部信息。在內(nèi)核的進(jìn)化歷程中，這個(gè)結(jié)構(gòu)經(jīng)歷多次變動(dòng)，本文及后面的文章都是基于2.6.20版本，在2.6.32中該結(jié)構(gòu)又變化了很多。該結(jié)構(gòu)字段可粗略劃分為集中類型：布局、通用、專用、可選（可用宏開(kāi)關(guān)）。

• SKB在不同網(wǎng)絡(luò)層之間傳遞，可用于不同的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。協(xié)議棧中的每一層往下一層傳遞SKB之前，首先就是調(diào)用skb_reserve函數(shù)在數(shù)據(jù)緩存區(qū)頭部預(yù)留出的一定空間以保證每一層都能把本層的協(xié)議首部添加到數(shù)據(jù)緩沖區(qū)中。如果是向上層協(xié)議傳遞skb，則下層協(xié)議層的首部信息就沒(méi)有用了，內(nèi)核實(shí)現(xiàn)上用指針改變指向來(lái)實(shí)現(xiàn)。

• 下面看看該結(jié)構(gòu)體中的字段，大部分都給了注釋，后面的方法與實(shí)現(xiàn)中我們將看到他的各個(gè)字段的應(yīng)用與實(shí)際意義。

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可選功能字段

• 在網(wǎng)絡(luò)模塊中同時(shí)也提供了很多有用的功能，雖然這些功能都不是必須的，但對(duì)現(xiàn)在的應(yīng)用來(lái)講是不可缺少的一部分，例如，防火墻、組播等。為了支持這些功能，一般都需要在內(nèi)核數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)sk_buff中添加相應(yīng)的成員變量。因此，sk_buff結(jié)構(gòu)中包含很多想#ifdef這樣的預(yù)編譯指令。如下面的兩個(gè)宏定義。

我們打開(kāi)內(nèi)核文件夾net->sched下面的Kconfig文件，發(fā)現(xiàn)有下面文字：

• 與上面數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中的宏對(duì)應(yīng)就顯然了，如果需要了解內(nèi)核配置選項(xiàng)與對(duì)應(yīng)的宏，查看對(duì)應(yīng)的Kconfig文件就可以了。需要指出的是，內(nèi)核編譯之后，由某些選項(xiàng)所控制的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是固定的而不是動(dòng)態(tài)變化的。一般來(lái)說(shuō)，如果某些選項(xiàng)修改了內(nèi)核數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，則包含該選項(xiàng)的組件就不能被編譯成內(nèi)核模塊。

數(shù)據(jù)定位與操作

• head，end，data，tail四個(gè)字段用來(lái)指向線性數(shù)據(jù)緩存區(qū)及數(shù)據(jù)部分的邊界。Head和end分別指向緩存區(qū)的頭與尾；而data和tail則分別指向數(shù)據(jù)的頭與尾。在發(fā)送時(shí)，每一層協(xié)議會(huì)在head與data之間填充協(xié)議首部，還可能在tail和end之間添加數(shù)據(jù)。

Skb初始化

• 網(wǎng)絡(luò)模塊中，有兩個(gè)用來(lái)分配SKB描述符的高速緩存，在SKB模塊初始化函數(shù)skb_init中被創(chuàng)建

分配skb

• Alloc_skb()用來(lái)分配SKB，數(shù)據(jù)緩存區(qū)描述符是兩個(gè)不同的實(shí)體，這就意味著，在分配一個(gè)SKB時(shí)，需要分配兩塊內(nèi)存，一塊是數(shù)據(jù)緩存區(qū)，一塊是SKB描述符。

• 調(diào)用該函數(shù)后生成的圖如下所示：

• 對(duì)于skb數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的其他操作主要放在skbuff.h文件中，主要有skb_reserve()、skb_put()、skb_push()、skb_pull()、skb_trim()等等，都是對(duì)skb的head、data、tail、end、len等字段進(jìn)行操作。代碼不難，都能看懂，后面涉及到具體的協(xié)議再來(lái)看這些。

鏈表管理

• 在對(duì)skb鏈表的操作中，為了防止被其他異步操作打斷，在操作前都必須現(xiàn)獲取SKB頭節(jié)點(diǎn)中(sk_buff_head結(jié)構(gòu))的自旋鎖，然后才能訪問(wèn)隊(duì)列中的元素。該鏈表頭結(jié)構(gòu)如下：

• 對(duì)鏈表操作也增加了很多函數(shù)，包括初始化、入隊(duì)列、出隊(duì)列等等，也在skbuff.h中。

Skb_shared_info結(jié)構(gòu)

• 在alloc_skb()看到，其中中分配數(shù)據(jù)部分分配了一個(gè)該結(jié)構(gòu)，在數(shù)據(jù)緩存區(qū)的末尾，保存了數(shù)據(jù)塊的附加信息。如下：

該結(jié)構(gòu)定義如下：

• 關(guān)于該結(jié)構(gòu)的操作在后面的協(xié)議分析中碰到后進(jìn)行閱讀。接下來(lái)依著協(xié)議棧的層次進(jìn)行分析和學(xué)習(xí)，從驅(qū)動(dòng)一直到傳輸層。只會(huì)涉及最基本的幾個(gè)協(xié)議（TCP、IP、UDP、ICMP以及ARP等）。