网络设备的IP地址结构

ramen.sh

网络设备的IP地址结构
====================
(1) 在TCPIP协议环境下,
网络设备结构(net_device)具有一个ip_ptr指针指向IP协议的设备参数块(in_device),
它包含设备IP地址结构(in_ifaddr)的链表指针(ifa_list).
IP地址结构链可以为一个网络设备配置多个IP地址,
使得局域网中的单台主机能模拟多台主机的作用.
(2) 设备IP地址的配置由应用程序通过ioctl()系统调用使用ifreq参数结构来完成.
同一设备的不同IP地址用不同的设备别名来标识,
例如"eth0:1"和"eth0:2"分别代表设备eht0的两个地址. 当增加一个别名设备时,
如果它的地址与已有地址属于同一子网, 则它的地址被标记为"从属"(IFA_F_SECONDARY).
当设备最后一个别名被删除时, 设备的IP参数块将被释放.设备地址参数发生改变时,
将通过地址消息链(inetaddr_chain)向有关子系统发送通知消息,
例如路由子系统用来刷新转发表和路由缓冲表.
struct net_device
{
        ...
        void                        *ip_ptr;        /* IPv4 specific data        */  
        ...
}
struct in_device
{
        struct net_device                *dev;
        atomic_t                refcnt;
        rwlock_t                lock;
        int                        dead;
        struct in_ifaddr        *ifa_list;        /* IP ifaddr chain                */
        struct ip_mc_list        *mc_list;        /* IP multicast filter chain    */
        unsigned long                mr_v1_seen;
        struct neigh_parms        *arp_parms;
        struct ipv4_devconf        cnf;
};
struct in_ifaddr
{
        struct in_ifaddr        *ifa_next;
        struct in_device        *ifa_dev;
        u32                        ifa_local; 设备地址
        u32                        ifa_address; 点对点设备的对端地址
        u32                        ifa_mask; 网络地址掩码
        u32                        ifa_broadcast; 设备的广播地址
        u32                        ifa_anycast;
        unsigned char                ifa_scope; 设备地址的寻址范围
        unsigned char                ifa_flags; 地址标志
        unsigned char                ifa_prefixlen; 设备网络地址长度
        char                        ifa_label[IFNAMSIZ]; 设备IP地址标签
};
/*
* Interface request structure used for socket
* ioctl's.  All interface ioctl's must have parameter
* definitions which begin with ifr_name.  The
* remainder may be interface specific.
*/
struct ifreq
{
#define IFHWADDRLEN        6
#define        IFNAMSIZ        16
        union
        {
                char        ifrn_name[IFNAMSIZ];                /* if name, e.g. "en0" */
        } ifr_ifrn;
       
        union {
                struct        sockaddr ifru_addr;
                struct        sockaddr ifru_dstaddr;
                struct        sockaddr ifru_broadaddr;
                struct        sockaddr ifru_netmask;
                struct  sockaddr ifru_hwaddr;
                short        ifru_flags;
                int        ifru_ivalue;
                int        ifru_mtu;
                struct  ifmap ifru_map;
                char        ifru_slave[IFNAMSIZ];        /* Just fits the size */
                char        ifru_newname[IFNAMSIZ];
                char *        ifru_data;
        } ifr_ifru;
};
; net/ipv4/devinet.c:
int devinet_ioctl(unsigned int cmd, void *arg)
{
        struct ifreq ifr;
        struct sockaddr_in *sin = (struct sockaddr_in *)&ifr.ifr_addr;
        struct in_device *in_dev;
        struct in_ifaddr **ifap = NULL;
        struct in_ifaddr *ifa = NULL;
        struct net_device *dev;
        char *colon;
        int ret = 0;
        /*
         *        Fetch the caller's info block into kernel space
         */
        if (copy_from_user(&ifr, arg, sizeof(struct ifreq)))
                return -EFAULT;
        ifr.ifr_name[IFNAMSIZ-1] = 0;
        colon = strchr(ifr.ifr_name, ':'); 从设备地址标签中取设备名称
        if (colon)
                *colon = 0;
#ifdef CONFIG_KMOD
        dev_load(ifr.ifr_name); 加载相应名称的设备驱动模块
#endif
        switch(cmd) {
        case SIOCGIFADDR:        /* Get interface address */
        case SIOCGIFBRDADDR:        /* Get the broadcast address */
        case SIOCGIFDSTADDR:        /* Get the destination address */
        case SIOCGIFNETMASK:        /* Get the netmask for the interface */
                /* Note that this ioctls will not sleep,
                   so that we do not impose a lock.
                   One day we will be forced to put shlock here (I mean SMP)
                 */
                memset(sin, 0, sizeof(*sin));
                sin->sin_family = AF_INET;
                break;
        case SIOCSIFFLAGS:
                if (!capable(CAP_NET_ADMIN))
                        return -EACCES;
                break;
        case SIOCSIFADDR:        /* Set interface address (and family) */
        case SIOCSIFBRDADDR:        /* Set the broadcast address */
        case SIOCSIFDSTADDR:        /* Set the destination address */
        case SIOCSIFNETMASK:         /* Set the netmask for the interface */
                if (!capable(CAP_NET_ADMIN))
                        return -EACCES;
                if (sin->sin_family != AF_INET)
                        return -EINVAL;
                break;
        default:
                return -EINVAL;
        }
        dev_probe_lock();
        rtnl_lock();
        if ((dev = __dev_get_by_name(ifr.ifr_name)) == NULL) { 取设备结构
                ret = -ENODEV;
                goto done;
        }
        if (colon)
                *colon = ':'; 恢复用户地址标签
        if ((in_dev=__in_dev_get(dev)) != NULL) { 取IP设备块
                for (ifap=&in_dev->ifa_list; (ifa=*ifap) != NULL; ifap=&ifa->ifa_next)
                        if (strcmp(ifr.ifr_name, ifa->ifa_label) == 0)
                                break; 取用户地址标签对应的设备地址结构
        }
        if (ifa == NULL && cmd != SIOCSIFADDR && cmd != SIOCSIFFLAGS) {
除了设置地址和设置标志
                ret = -EADDRNOTAVAIL;
                goto done;
        }
        switch(cmd) {
                case SIOCGIFADDR:        /* Get interface address */
                        sin->sin_addr.s_addr = ifa->ifa_local; 取设备IP地址
                        goto rarok;
                case SIOCGIFBRDADDR:        /* Get the broadcast address */
                        sin->sin_addr.s_addr = ifa->ifa_broadcast; 取设备IP广播地址
                        goto rarok;
                case SIOCGIFDSTADDR:        /* Get the destination address */
                        sin->sin_addr.s_addr = ifa->ifa_address; 取点对点设备的对端IP地址
                        goto rarok;
                case SIOCGIFNETMASK:        /* Get the netmask for the interface */
                        sin->sin_addr.s_addr = ifa->ifa_mask; 取设备的IP地址掩码
                        goto rarok;
                case SIOCSIFFLAGS: 设置设备标志
                        if (colon) {
                                if (ifa == NULL) {
                                        ret = -EADDRNOTAVAIL;
                                        break;
                                }
                                if (!(ifr.ifr_flags&IFF_UP)) 如果标志为关闭设备
                                        inet_del_ifa(in_dev, ifap, 1); 破环性删除该地址结构
                                break;
                        }
                        ret = dev_change_flags(dev, ifr.ifr_flags);
                        break;
       
                case SIOCSIFADDR:        /* Set interface address (and family) */
                        if (inet_abc_len(sin->sin_addr.s_addr) ifa_label, ifr.ifr_name, IFNAMSIZ);
                                else
                                        memcpy(ifa->ifa_label, dev->name, IFNAMSIZ);
                        } else {  如果修改设备地址
                                ret = 0;
                                if (ifa->ifa_local == sin->sin_addr.s_addr)
                                        break;
                                inet_del_ifa(in_dev, ifap, 0); 从链接中删除该地址结构
                                ifa->ifa_broadcast = 0;
                                ifa->ifa_anycast = 0;
                        }
                        ifa->ifa_address =
                        ifa->ifa_local = sin->sin_addr.s_addr; 将设备地址和对端地址设置为新地址
                        if (!(dev->flags&IFF_POINTOPOINT)) { 如果非点对点设备
                                ifa->ifa_prefixlen = inet_abc_len(ifa->ifa_address); 取地址的网络地址长度
                                ifa->ifa_mask = inet_make_mask(ifa->ifa_prefixlen); 求网络掩码
                                if ((dev->flags&IFF_BROADCAST) && ifa->ifa_prefixlen ifa_broadcast = ifa->ifa_address|~ifa->ifa_mask; 设置标准广播地址
                        } else {  如果是点对点设备
                                ifa->ifa_prefixlen = 32; 网络地址长度为32
                                ifa->ifa_mask = inet_make_mask(32);
                        }
                        ret = inet_set_ifa(dev, ifa); 添加设备地址
                        break;
                case SIOCSIFBRDADDR:        /* Set the broadcast address */
                        if (ifa->ifa_broadcast != sin->sin_addr.s_addr) {
                                inet_del_ifa(in_dev, ifap, 0);
                                ifa->ifa_broadcast = sin->sin_addr.s_addr;
                                inet_insert_ifa(ifa);
                        }
                        break;
       
                case SIOCSIFDSTADDR:        /* Set the destination address */
                        if (ifa->ifa_address != sin->sin_addr.s_addr) {
                                if (inet_abc_len(sin->sin_addr.s_addr) ifa_address = sin->sin_addr.s_addr;
                                inet_insert_ifa(ifa);
                        }
                        break;
                case SIOCSIFNETMASK:         /* Set the netmask for the interface */
                        /*
                         *        The mask we set must be legal.
                         */
                        if (bad_mask(sin->sin_addr.s_addr, 0)) {
                                ret = -EINVAL;
                                break;
                        }
                        if (ifa->ifa_mask != sin->sin_addr.s_addr) {
                                inet_del_ifa(in_dev, ifap, 0);
                                ifa->ifa_mask = sin->sin_addr.s_addr;
                                ifa->ifa_prefixlen = inet_mask_len(ifa->ifa_mask);
                                inet_insert_ifa(ifa);
                        }
                        break;
        }
done:
        rtnl_unlock();
        dev_probe_unlock();
        return ret;
rarok:
        rtnl_unlock();
        dev_probe_unlock();
        if (copy_to_user(arg, &ifr, sizeof(struct ifreq)))
                return -EFAULT;
        return 0;
}
static int
inet_set_ifa(struct net_device *dev, struct in_ifaddr *ifa)
{
        struct in_device *in_dev = __in_dev_get(dev);
        ASSERT_RTNL();
        if (in_dev == NULL) { 如果IP设备块不存在
                in_dev = inetdev_init(dev); 分配IP设备块
                if (in_dev == NULL) {
                        inet_free_ifa(ifa);
                        return -ENOBUFS;
                }
        }
        if (ifa->ifa_dev != in_dev) {
                BUG_TRAP(ifa->ifa_dev==NULL);
                in_dev_hold(in_dev);
                ifa->ifa_dev=in_dev; 将地址结构绑定到IP设备块上
        }
        if (LOOPBACK(ifa->ifa_local)) 如果设备地址是回送地址
                ifa->ifa_scope = RT_SCOPE_HOST; 地址的寻址范围为主机内部
        return inet_insert_ifa(ifa);
}
static int
inet_insert_ifa(struct in_ifaddr *ifa)
{
        struct in_device *in_dev = ifa->ifa_dev;
        struct in_ifaddr *ifa1, **ifap, **last_primary;
        ASSERT_RTNL();
        if (ifa->ifa_local == 0) {
                inet_free_ifa(ifa);
                return 0;
        }
        ifa->ifa_flags &= ~IFA_F_SECONDARY; 清除地址结构的从属标志
        last_primary = &in_dev->ifa_list; 取IP设备块地址链表指针地址
        for (ifap=&in_dev->ifa_list; (ifa1=*ifap)!=NULL; ifap=&ifa1->ifa_next) {
扫描IP设备块上的地址链
                if (!(ifa1->ifa_flags&IFA_F_SECONDARY) && ifa->ifa_scope ifa_scope)
                        last_primary = &ifa1->ifa_next;
                if (ifa1->ifa_mask == ifa->ifa_mask && inet_ifa_match(ifa1->ifa_address, ifa)) {
                        ; 如果与链中某个地址具有相同的网络地址
                        if (ifa1->ifa_local == ifa->ifa_local) { 如果两者地址相同
                                inet_free_ifa(ifa);
                                return -EEXIST;
                        }
                        if (ifa1->ifa_scope != ifa->ifa_scope) { 如果两者寻址范围不同
                                inet_free_ifa(ifa);
                                return -EINVAL;
                        }
                        ifa->ifa_flags |= IFA_F_SECONDARY; 标记为从属地址
                }
        }
        if (!(ifa->ifa_flags&IFA_F_SECONDARY)) {
                net_srandom(ifa->ifa_local);
                ifap = last_primary;
        }
        ifa->ifa_next = *ifap;
        write_lock_bh(&in_dev->lock);
        *ifap = ifa;
        write_unlock_bh(&in_dev->lock);
        /* Send message first, then call notifier.
           Notifier will trigger FIB update, so that
           listeners of netlink will know about new ifaddr */
        rtmsg_ifa(RTM_NEWADDR, ifa);
        notifier_call_chain(&inetaddr_chain, NETDEV_UP, ifa); 发布设备启动消息
        return 0;
}
static void
inet_del_ifa(struct in_device *in_dev, struct in_ifaddr **ifap, int destroy)
{
        struct in_ifaddr *ifa1 = *ifap; 取要删除地址结构的地址
        ASSERT_RTNL();
        /* 1. Deleting primary ifaddr forces deletion all secondaries */
        if (!(ifa1->ifa_flags&IFA_F_SECONDARY)) { 如果删除的是设备主地址结构
                struct in_ifaddr *ifa;
                struct in_ifaddr **ifap1 = &ifa1->ifa_next; 取下一地址指针的地址
                while ((ifa=*ifap1) != NULL) {
                        if (!(ifa->ifa_flags&IFA_F_SECONDARY) || 如果为主地址
                            ifa1->ifa_mask != ifa->ifa_mask ||
                            !inet_ifa_match(ifa1->ifa_address, ifa)) {
                                ifap1 = &ifa->ifa_next;
                                continue;
                        }
                        write_lock_bh(&in_dev->lock);
                        *ifap1 = ifa->ifa_next;
                        write_unlock_bh(&in_dev->lock);
                        rtmsg_ifa(RTM_DELADDR, ifa);
                        notifier_call_chain(&inetaddr_chain, NETDEV_DOWN, ifa); 发布设备停机消息
                        inet_free_ifa(ifa);
                }
        }
        /* 2. Unlink it */
        write_lock_bh(&in_dev->lock);
        *ifap = ifa1->ifa_next; 从设备地址链中删除该地址标签
        write_unlock_bh(&in_dev->lock);
        /* 3. Announce address deletion */
        /* Send message first, then call notifier.
           At first sight, FIB update triggered by notifier
           will refer to already deleted ifaddr, that could confuse
           netlink listeners. It is not true: look, gated sees
           that route deleted and if it still thinks that ifaddr
           is valid, it will try to restore deleted routes... Grr.
           So that, this order is correct.
         */
        rtmsg_ifa(RTM_DELADDR, ifa1);
        notifier_call_chain(&inetaddr_chain, NETDEV_DOWN, ifa1);
        if (destroy) {
                inet_free_ifa(ifa1);
                if (in_dev->ifa_list == NULL)
                        inetdev_destroy(in_dev);
        }
}
static void inetdev_destroy(struct in_device *in_dev)
{
        struct in_ifaddr *ifa;
        ASSERT_RTNL();
        in_dev->dead = 1;
        ip_mc_destroy_dev(in_dev);
        while ((ifa = in_dev->ifa_list) != NULL) {
                inet_del_ifa(in_dev, &in_dev->ifa_list, 0);
                inet_free_ifa(ifa);
        }
#ifdef CONFIG_SYSCTL
        devinet_sysctl_unregister(&in_dev->cnf);
#endif
        write_lock_bh(&inetdev_lock);
        in_dev->dev->ip_ptr = NULL;
        /* in_dev_put following below will kill the in_device */
        write_unlock_bh(&inetdev_lock);
        neigh_parms_release(&arp_tbl, in_dev->arp_parms);
        in_dev_put(in_dev);
}
struct in_device *inetdev_init(struct net_device *dev)
{
        struct in_device *in_dev;
        ASSERT_RTNL();
        in_dev = kmalloc(sizeof(*in_dev), GFP_KERNEL);
        if (!in_dev)
                return NULL;
        memset(in_dev, 0, sizeof(*in_dev));
        in_dev->lock = RW_LOCK_UNLOCKED;
        memcpy(&in_dev->cnf, &ipv4_devconf_dflt, sizeof(in_dev->cnf));
        in_dev->cnf.sysctl = NULL;
        in_dev->dev = dev;
        if ((in_dev->arp_parms = neigh_parms_alloc(dev, &arp_tbl)) == NULL) {
                kfree(in_dev);
                return NULL;
        }
        inet_dev_count++;
        /* Reference in_dev->dev */
        dev_hold(dev);
#ifdef CONFIG_SYSCTL
        neigh_sysctl_register(dev, in_dev->arp_parms, NET_IPV4, NET_IPV4_NEIGH, "ipv4");
#endif
        write_lock_bh(&inetdev_lock);
        dev->ip_ptr = in_dev;
        /* Account for reference dev->ip_ptr */
        in_dev_hold(in_dev);
        write_unlock_bh(&inetdev_lock);
#ifdef CONFIG_SYSCTL
        devinet_sysctl_register(in_dev, &in_dev->cnf);
#endif
        if (dev->flags&IFF_UP)
                ip_mc_up(in_dev);
        return in_dev;
}
static __inline__ void inet_free_ifa(struct in_ifaddr *ifa)
{
        if (ifa->ifa_dev)
                __in_dev_put(ifa->ifa_dev);
        kfree(ifa);
        inet_ifa_count--;
}
static struct in_ifaddr * inet_alloc_ifa(void)
{
        struct in_ifaddr *ifa;
        ifa = kmalloc(sizeof(*ifa), GFP_KERNEL);
        if (ifa) {
                memset(ifa, 0, sizeof(*ifa));
                inet_ifa_count++;
        }
        return ifa;
}
extern __inline__ struct in_device *
in_dev_get(const struct net_device *dev)
{
        struct in_device *in_dev;
        read_lock(&inetdev_lock);
        in_dev = dev->ip_ptr;
        if (in_dev)
                atomic_inc(&in_dev->refcnt);
        read_unlock(&inetdev_lock);
        return in_dev;
}
extern __inline__ struct in_device *
__in_dev_get(const struct net_device *dev)
{
        return (struct in_device*)dev->ip_ptr;
}
extern __inline__ void
in_dev_put(struct in_device *idev)
{
        if (atomic_dec_and_test(&idev->refcnt))
                in_dev_finish_destroy(idev);
}
void in_dev_finish_destroy(struct in_device *idev)
{
        struct net_device *dev = idev->dev;
        BUG_TRAP(idev->ifa_list==NULL);
        BUG_TRAP(idev->mc_list==NULL);
#ifdef NET_REFCNT_DEBUG
        printk(KERN_DEBUG "in_dev_finish_destroy: %p=%s\n", idev, dev ? dev->name : "NIL");
#endif
        dev_put(dev);
        if (!idev->dead) {
                printk("Freeing alive in_device %p\n", idev);
                return;
        }
        inet_dev_count--;
        kfree(idev);
}


本文来自ChinaUnix博客，如果查看原文请点：http://blog.chinaunix.net/u2/65427/showart_1092218.html