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前言：昨天有个同学碰到发送udp包时收到destination unreachable的icmp包问题，本文简单介绍一下linux5.9中icmp包的处理流程。
发送icmp包的流程
下面以udp为例看看什么时候会发送destination unreachable包。我们从收到一个udp包开始分析，具体函数是udp_rcv。
int udp_rcv(struct sk_buff *skb)
{
return __udp4_lib_rcv(skb, &udp_table, IPPROTO_UDP);
}
int __udp4_lib_rcv(struct sk_buff *skb, struct udp_table *udptable,
int proto)
{
struct sock *sk;
struct udphdr *uh;
unsigned short ulen;
struct rtable *rt = skb_rtable(skb);
__be32 saddr, daddr;
struct net *net = dev_net(skb->dev);
bool refcounted;
// udp头
uh = udp_hdr(skb);
ulen = ntohs(uh->len);
// 源目的ip
saddr = ip_hdr(skb)->saddr;
daddr = ip_hdr(skb)->daddr;
// 头部指示大小比实际数据小
if (ulen > skb->len)
goto short_packet;
if (proto == IPPROTO_UDP) {
uh = udp_hdr(skb);
}
sk = skb_steal_sock(skb, &refcounted);
// 广播或多播
if (rt->rt_flags & (RTCF_BROADCAST|RTCF_MULTICAST))
return __udp4_lib_mcast_deliver(net, skb, uh,
saddr, daddr, udptable, proto);
// 单播，根据地址信息找到对应的socket
sk = __udp4_lib_lookup_skb(skb, uh->source, uh->dest, udptable);
// 找到则挂到socket下
if (sk)
return udp_unicast_rcv_skb(sk, skb, uh);
// 找不到socket则回复一个ICMP_DEST_UNREACH icmp包
icmp_send(skb, ICMP_DEST_UNREACH, ICMP_PORT_UNREACH, 0);
kfree_skb(skb);
return 0;
}
我们看到当通过ip包信息找不到对应socket的时候，就会发送一个icmp包给发送端。icmp包结构如下。
收到icmp包的处理流程
我们从收到ip包开始分析。
int ip_rcv(struct sk_buff *skb, struct net_device *dev, struct packet_type *pt,
struct net_device *orig_dev)
{
struct net *net = dev_net(dev);
skb = ip_rcv_core(skb, net);
if (skb == NULL)
return NET_RX_DROP;
return NF_HOOK(NFPROTO_IPV4, NF_INET_PRE_ROUTING,
net, NULL, skb, dev, NULL,
ip_rcv_finish);
}
ip层收到包后会继续执行ip_rcv_finish。
static int ip_rcv_finish(struct net *net, struct sock *sk, struct sk_buff *skb)
{
struct net_device *dev = skb->dev;
int ret;
ret = ip_rcv_finish_core(net, sk, skb, dev, NULL);
if (ret != NET_RX_DROP)
ret = dst_input(skb);
return ret;
}
接着执行dst_input
static inline int dst_input(struct sk_buff *skb)
{
return skb_dst(skb)->input(skb);
}
input对应的是ip_local_deliver。
int ip_local_deliver(struct sk_buff *skb)
{
struct net *net = dev_net(skb->dev);
return NF_HOOK(NFPROTO_IPV4, NF_INET_LOCAL_IN,
net, NULL, skb, skb->dev, NULL,
ip_local_deliver_finish);
}
接着执行ip_local_deliver_finish。
static int ip_local_deliver_finish(struct net *net, struct sock *sk, struct sk_buff *skb)
{
__skb_pull(skb, skb_network_header_len(skb));
rcu_read_lock();
ip_protocol_deliver_rcu(net, skb, ip_hdr(skb)->protocol);
rcu_read_unlock();
return 0;
}
ip_local_deliver_finish会执行ip_protocol_deliver_rcu进一步处理，ip_protocol_deliver_rcu的最后一个入参是ip包里的协议字段（上层协议）。
void ip_protocol_deliver_rcu(struct net *net, struct sk_buff *skb, int protocol)
{
const struct net_protocol *ipprot;
int raw, ret;
resubmit:
// 根据协议找到对应的处理函数，这里是icmp
ipprot = rcu_dereference(inet_protos[protocol]);
if (ipprot) {
ret = INDIRECT_CALL_2(ipprot->handler, tcp_v4_rcv, udp_rcv,
skb);
if (ret < 0) {
protocol = -ret;
goto resubmit;
}
__IP_INC_STATS(net, IPSTATS_MIB_INDELIVERS);
}
}
INDIRECT_CALL_2是一个宏。
#define INDIRECT_CALL_1(f, f1, ...) \
({ \
likely(f == f1) ? f1(__VA_ARGS__) : f(__VA_ARGS__); \
})
#define INDIRECT_CALL_2(f, f2, f1, ...) \
({ \
likely(f == f2) ? f2(__VA_ARGS__) : \
INDIRECT_CALL_1(f, f1, __VA_ARGS__); \
})
因为这里的protocol是icmp协议。所以会执行icmp对应的handler。那么对应的是哪个函数呢？我们看看inet_protos是什么。
struct net_protocol __rcu *inet_protos[MAX_INET_PROTOS] __read_mostly;
int inet_add_protocol(const struct net_protocol *prot, unsigned char protocol)
{
return !cmpxchg((const struct net_protocol **)&inet_protos[protocol],
NULL, prot) ? 0 : -1;
}
我们看到inet_add_protocol函数是注册协议和对应处理函数的。我们再来看看哪里会调用这个函数。
static int __init inet_init(void) {
inet_add_protocol(&icmp_protocol, IPPROTO_ICMP);
inet_add_protocol(&udp_protocol, IPPROTO_UDP);
...
}
在内核初始化的时候会注册一系列的协议和处理函数。下面我们看看icmp的函数集。
static const struct net_protocol icmp_protocol = {
.handler = icmp_rcv,
.err_handler = icmp_err,
.no_policy = 1,
.netns_ok = 1,
};
我们看到handler是icmp_rcv。
int icmp_rcv(struct sk_buff *skb)
{
struct icmphdr *icmph;
struct rtable *rt = skb_rtable(skb);
struct net *net = dev_net(rt->dst.dev);
bool success;
// icmp头
icmph = icmp_hdr(skb);
success = icmp_pointers[icmph->type].handler(skb);
}
icmp_rcv根据icmp包的信息做进一步处理。我看看icmp_pointers的定义。
static const struct icmp_control icmp_pointers[NR_ICMP_TYPES + 1] = {
...
[ICMP_DEST_UNREACH] = {
.handler = icmp_unreach,
.error = 1,
},
};
这里我们只关注ICMP_DEST_UNREACH的处理。
static bool icmp_unreach(struct sk_buff *skb)
{
...
icmp_socket_deliver(skb, info);
}
继续看icmp_socket_deliver
static void icmp_socket_deliver(struct sk_buff *skb, u32 info)
{
const struct iphdr *iph = (const struct iphdr *) skb->data;
const struct net_protocol *ipprot;
int protocol = iph->protocol;
// 根据ip头的协议字段找到对应协议处理，这里的iph是触发错误的原始ip头，不是收到icmp包的ip头，所以protocol是udp
ipprot = rcu_dereference(inet_protos[protocol]);
if (ipprot && ipprot->err_handler)
ipprot->err_handler(skb, info);
}
接着执行udp的err_handler，是udp_err
int udp_err(struct sk_buff *skb, u32 info)
{
return __udp4_lib_err(skb, info, &udp_table);
}
int __udp4_lib_err(struct sk_buff *skb, u32 info, struct udp_table *udptable)
{
struct inet_sock *inet;
const struct iphdr *iph = (const struct iphdr *)skb->data;
struct udphdr *uh = (struct udphdr *)(skb->data+(iph->ihl<<2));
const int type = icmp_hdr(skb)->type;
const int code = icmp_hdr(skb)->code;
bool tunnel = false;
struct sock *sk;
int harderr;
int err;
struct net *net = dev_net(skb->dev);
// 根据报文信息找到对应socket
sk = __udp4_lib_lookup(net, iph->daddr, uh->dest,
iph->saddr, uh->source, skb->dev->ifindex,
inet_sdif(skb), udptable, NULL);
err = 0;
harderr = 0;
inet = inet_sk(sk);
switch (type) {
case ICMP_DEST_UNREACH:
err = EHOSTUNREACH;
if (code <= NR_ICMP_UNREACH) {
harderr = icmp_err_convert[code].fatal;
err = icmp_err_convert[code].errno;
}
break;
...
}
// 设置错误信息到socket
sk->sk_err = err;
sk->sk_error_report(sk);
out:
return 0;
}
__udp4_lib_err设置了错误信息，然后调用sk_error_report。sk_error_report是在调用socket函数时赋值的（具体在sock_init_data函数）。
sk->sk_error_report = sock_def_error_report;
接着看sock_def_error_report
static void sock_def_error_report(struct sock *sk)
{
struct socket_wq *wq;
rcu_read_lock();
wq = rcu_dereference(sk->sk_wq);
if (skwq_has_sleeper(wq))
wake_up_interruptible_poll(&wq->wait, EPOLLERR);
sk_wake_async(sk, SOCK_WAKE_IO, POLL_ERR);
rcu_read_unlock();
}
static inline void sk_wake_async(const struct sock *sk, int how, int band)
{
if (sock_flag(sk, SOCK_FASYNC)) {
rcu_read_lock();
sock_wake_async(rcu_dereference(sk->sk_wq), how, band);
rcu_read_unlock();
}
}
我们看到如果进程阻塞在socket则会被唤醒，或者设置了SOCK_FASYNC标记则收到信号。
后记：本文简单介绍了icmp的产生和处理过程，后面有时间再细化一下。
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