Linux最新稳定内核2.4.x的网络接口源码的结构(二)
李元佳
如果你在Linux启动的时候有留意启动的信息, 或者在linux下打命令dmesg就可以看到这一段程序输出的信息：
IP Protocols： ICMP，UDP，TCP，IGMP也就是说现在数组inet_protos[]里面有了ICMP，UDP，TCP，IGMP四个协议的inet_protocol数据结构，数据结构包含了它们接收数据的处理函数。
Linux 2.4.16在linux/include/linux/socket.h里定义了32种支持的BSDsocket协议，常见的有TCP/IP,IPX/SPX,X.25等，而每种协议还提供不同的服务，例如TCP/IP协议通过TCP协议支持连接服务，而通过UDP协议支持无连接服务，面对这么多的协议，向用户提供统一的接口是必要的，这种统一是通过socket来进行的。
在BSD socket网络编程的模式下，利用一系列的统一的函数来利用通信的服务。例如一个典型的利用TCP协议通信程序是这样：
sock_descriptor = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
connect(sock_descriptor, 地址，) ；
send(sock_descriptor,”hello world”);
recv(sock_descriptor,buffer,1024,0);
第一个函数指定了协议Inet协议，即TCP/IP协议，同时是利用面向连接的服务，这样就对应到TCP协议，以后的操作就是利用socket的标准函数进行的。
从上面我们可以看到两个问题，首先socket层需要根据用户指定的协议族(上面是AF_INET) 从下面32种协议中选择一种协议来完成用户的要求，当协议族确定以后，还要把特定的服务映射到协议族下的具体协议，例如当用户指定的是面向连接的服务时，Inet协议族会映射到TCP协议。
从多个协议中选择用户指定的协议，并把具体的出理交给选中的协议，这和一起网络核心层向上和向下衔接的问题本质上是一样的，所以解决的方法也是一样的，同样还是通过数组。在Linux/net/socket.c定义了这个数组staticstruct net_proto_family*net_families[NPROTO] 。数组的元素已经确定了，net_families[2]是TCP/IP协议，net_families[3]是X.25协议，具体那一项对应什么协议，在include/linux/socket.h有定义。但是每一项的数据结构net_proto_family的ops是空的，也就是具体协议处理函数的地址是不知道的。协议的处理函数和ops建立联系是通过sock_register()(Linux/net/socket.c)这个函数建立的，例如TCP/IP协议的是这样建立关系的：
int __init inet_init(void) (net/ipv4/af_inet.c)
{
(void) sock_register(&inet_family_ops);
}
只要给出AF_INET(在宏里定义是2)，就可以找到net_failies[2] 里面的处理函数了。
协议的映射完成了，现在要进行服务的映射了。上层当然不可能知道下层的什么协议能对应特定的服务，所以这种映射自然由协议族自己完成。在TCP/IP协议族里，这种映射是通过struct list_head inetsw[SOCK_MAX]( net/ipv4/af_inet.c)
这个数组进行映射的，在谈论这个数组之前我们来看另外一个数组inetsw_array[](net/ipv4/af_inet.c)
static struct inet_protosw inetsw_array[] =
{
{
type: SOCK_STREAM,
protocol: IPPROTO_TCP,
prot: &tcp_prot,
ops: &inet_stream_ops,
capability: -1,
no_check: 0,
flags: INET_PROTOSW_PERMANENT,
},
{
type: SOCK_DGRAM,
protocol: IPPROTO_UDP,
prot: &udp_prot,
ops: &inet_dgram_ops,
capability: -1,
no_check: UDP_CSUM_DEFAULT,
flags: INET_PROTOSW_PERMANENT,
},
{
type: SOCK_RAW,
protocol: IPPROTO_IP, /* wild card */
prot: &raw_prot,
ops: &inet_dgram_ops,
capability: CAP_NET_RAW,
no_check: UDP_CSUM_DEFAULT,
flags: INET_PROTOSW_REUSE,
}
};
我们看到，SOCK_STREAM映射到了TCP协议，SOCK_DGRAM映射到了UDP协议，SOCK_RAW映射到了IP协议。现在只要把inetsw_array里的三项添加到数组inetsw[SOCK_MAX]就可以了，添加是通过函数inet_register_protosw()实现的。在inet_init()(net/ipv4/af_inet.c) 里完成了这些工作。
还有一个需要映射的就是socket其它诸如accept,send(), connect(),release(),bind()等的操作函数是怎么映射的呢？我们来看一下上面的数组的TCP的项
{
type: SOCK_STREAM,
protocol: IPPROTO_TCP,
prot: &tcp_prot,
ops: &inet_stream_ops,
capability: -1,
no_check: 0,
flags: INET_PROTOSW_PERMANENT,
},
我们看到这种映射是通过ops，和prot来映射的，我们再来看看 tcp_prot这一项：
struct proto tcp_prot = {
name: "TCP",
close: tcp_close,
connect: tcp_v4_connect,
disconnect: tcp_disconnect,
accept: tcp_accept,
ioctl: tcp_ioctl,
init: tcp_v4_init_sock,
destroy: tcp_v4_destroy_sock,
shutdown: tcp_shutdown,
setsockopt: tcp_setsockopt,
getsockopt: tcp_getsockopt,
sendmsg: tcp_sendmsg,
recvmsg: tcp_recvmsg,
backlog_rcv: tcp_v4_do_rcv,
hash: tcp_v4_hash,
unhash: tcp_unhash,
get_port: tcp_v4_get_port,
};
所以的映射都已经完成了，用户调用connect()函数，其实就是调用了tcp_v4_connect()函数，按照这幅图，读起源码来就简单了很多了。
六 Socket层
上一节把socket层大多数要讨论的东西都谈论了，现在只讲讲socket 层和用户的衔接。
系统调用socket(),bind(),connect(),accept,send(),release()等是在Linux/net/socket.c里面的实现的,系统调用实现的函数是相应的函数名加上sys_的前缀。
现在看看当用户调用socket()这个函数，到底下面发生了什么。
Socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0)调用了sys_socket(),sys_socket()接着调用socket_creat(),socket_creat()就要根据用户提供的协议族参数在net_families[]里寻找合适的协议族，如果协议族没有被安装就要请求安装该协议族的模块，然后就调用该协议族的create()函数的处理句柄。根据参数AF_INET，inet_creat()就被调用了，在inet_creat()根据服务类型在inetsw[SOCK_MAX]选择合适的协议，并把协议的操作集赋给socket就是了，根据SOCK_STREAM，TCP协议被选中，
inet_creat(){
answer=inetsw [用户要求服务服务] ；
sock->ops = answer->ops;
sk->prot = answer->prot
}
到此为止，上下都打通了，该是大家读源码的时候了。
标题： A new place to LKM：netfilter
作者： yawl <yawl@nsfocus.com>
时间： 2000-10
目录：
－.前言
二.分析
三.例子代码
四.附录：与2.2在应用方面的区别简介
五.后记
－.前言
在linux2.2内核中的防火墙ipchains已经被用户广泛认可,它提供了完整的防火墙功能（包过滤，地址伪装，透明代理），又避免了商业防火墙那高的惊人的价格。如果你用的是某款国产防火墙，那么十有八九你实际在受到ipchains（有些甚至是2.0系列中ipfwadm）的保护:-).在未来的2.4内核中，被称为netfilter（http://netfilter.kernelnotes.org/）的防火墙以更好的结构重新构造，并实现了许多新功能，如完整的动态NAT(2.2内核实际是多对一的"地址伪装")，基于MAC及用户的过滤，真正的基于状态的过滤（不再是简单的查看tcp的标志位等），包速率限制等。
在原有的网络部分的LKM中，如果对网络部分进行处理，一般是先生成struct packet_type结构，在用dev_add_pack将其插入网络层（注意此时的packet_type实际相当于一个的三层的协议，如ip_packet_type，ipx_8023_packet_type等），具体的例子可参见phrack 55期<Building into the linux network layer>和本月小四写的月刊文章<利用LLKM处理网络通信----对抗IDS、Firewall>。
而netfilter本身在IP层内提供了另外的5个插入点（其文档中称为HOOK）：NF_IP_PRE_ROUTING，NF_IP_LOCAL_IN，NF_IP_FORWARD，NF_IP_LOCAL_OUT，NF_IP_POST_ROUTING，分别对应IP层的五个不同位置，这样理论上在写lkm时便可以选择更适合的切入点，再辅以netfilter内置的新功能（如connect tracking）,应该会帮助写出功能更强的lkm。
本来准备写出一个完整的例子（限制IP连接数），但计划总赶不上变化:-(，只好先贴出个简单的例子来，权且自我安慰成抛砖引玉了。
本文的参考配置是linux2.4.0-test4和iptable-1.1.1，好，开始抛砖，闪人喽！
二.分析
通俗的说，netfilter的架构就是在整个网络流程的若干位置放置了一些检测点（HOOK），而在每个检测点上上登记了一些处理函数进行处理（如包过滤，NAT等，甚至可以是用户自定义的功能）。
IP层的五个HOOK点的位置如下图所示（copy from <packet filter howto>） ：
--->[1]--->[ROUTE]--->[3]--->[5]--->
| ^
| |
| [ROUTE]
v |
[2] [4]
| ^
| |
v |
[local process]
[1]:NF_IP_PRE_ROUTING：刚刚进入网络层的数据包通过此点（刚刚进行完版本号，校验和等检测），源地址转换在此点
进行；
[2]:NF_IP_LOCAL_IN：经路由查找后，送往本机的通过此检查点,INPUT包过滤在此点进行；
[3]:NF_IP_FORWARD：要转发的包通过此检测点,FORWORD包过滤在此点进行；
[4]:NF_IP_LOCAL_OUT：本机进程发出的包通过此检测点，OUTPUT包过滤在此点进行；
[5]:NF_IP_POST_ROUTING：所有马上便要通过网络设备出去的包通过此检测点，内置的目的地址转换功能（包括地址伪
装）在此点进行。
在IP层代码中，有一些带有NF_HOOK宏的语句，如IP的转发函数中有：
<-ipforward.c ip_forward()->
NF_HOOK(PF_INET, NF_IP_FORWARD, skb, skb->dev, dev2,
ip_forward_finish);
其中NF_HOOK宏的定义提炼如下：
<-/include/linux/netfilter.h->
#ifdef CONFIG_NETFILTER
#define NF_HOOK(pf, hook, skb, indev, outdev, okfn) \
(list_empty(&nf_hooks[(pf)][(hook)]) \
? (okfn)(skb) \
: nf_hook_slow((pf), (hook), (skb), (indev), (outdev), (okfn)))
#else /* !CONFIG_NETFILTER */
#define NF_HOOK(pf, hook, skb, indev, outdev, okfn) (okfn)(skb)
#endif /*CONFIG_NETFILTER*/
如果在编译内核时没有配置netfilter时，就相当于调用最后一个参数，此例中即执行ip_forward_finish函数；否则进入HOOK点，执行通过nf_register_hook（）登记的功能（这句话表达的可能比较含糊，实际是进入
nf_hook_slow（）函数，再由它执行登记的函数）。
NF_HOOK宏的参数分别为：
1.pf：协议族名，netfilter架构同样可以用于IP层之外，因此这个变量还可以有诸如PF_INET6，PF_DECnet等名字。
2.hook：HOOK点的名字，对于IP层，就是取上面的五个值；
3.skb：不用多解释了吧；
4.indev：进来的设备，以struct net_device结构表示；
5.outdev：出去的设备，以struct net_device结构表示；
(后面可以看到，以上五个参数将传到用nf_register_hook登记的处理函数中。)
6.okfn:是个函数指针，当所有的该HOOK点的所有登记函数调用完后，转而走此流程。
这些点是已经在内核中定义好的，除非你是这部分内核代码的维护者，否则无权增加或修改，而在此检测点进行的处理，则可由用户指定。像packet filter,NAT,connection track这些功能，也是以这种方式提供的。正如netfilter的当初的设计目标－－提供一个完善灵活的框架，为扩展功能提供方便。
如果我们想加入自己的代码,便要用nf_register_hook函数，其函数原型为：
int nf_register_hook(struct nf_hook_ops *reg)
我们考察一下struct nf_hook_ops结构：
struct nf_hook_ops
{
struct list_head list;
/* User fills in from here down. */
nf_hookfn *hook;
int pf;
int hooknum;
/* Hooks are ordered in ascending priority. */
int priority;
};
我们的工作便是生成一个struct nf_hook_ops结构的实例，并用nf_register_hook将其HOOK上。其中list项我们总要初始化为{NULL,NULL}；由于一般在IP层工作，pf总是PF_INET；hooknum就是我们选择的HOOK点;一个HOOK点可能挂多个处理函数，谁先谁后，便要看优先级，即priority的指定了。netfilter_ipv4.h中用一个枚举类型指定了内置的处理函数的优先级：
enum nf_ip_hook_priorities {
NF_IP_PRI_FIRST = INT_MIN,
NF_IP_PRI_CONNTRACK = -200,
NF_IP_PRI_MANGLE = -150,
NF_IP_PRI_NAT_DST = -100,
NF_IP_PRI_FILTER = 0,
NF_IP_PRI_NAT_SRC = 100,
NF_IP_PRI_LAST = INT_MAX,
};
hook是提供的处理函数，也就是我们的主要工作，其原型为：
unsigned int nf_hookfn(unsigned int hooknum,
struct sk_buff **skb,
const struct net_device *in,
const struct net_device *out,
int (*okfn)(struct sk_buff *));
它的五个参数将由NFHOOK宏传进去。
了解了这些，基本上便可以可以写一个lkm出来了。
三.例子代码
这段代码是一个例子，其功能实现了一个IDS,检测几个简单攻击(land,winnuke)和特殊扫描(nmap)，当然，不会有人真把
它当严肃的IDS使用吧:-)。可以利用类似结构干点别的。。。
<-example.c begin->
/*
* netfilter module example: it`s a kernel IDS(be quie,donot laugh, my friend)
* yawl@nsfocus.com
* Compile:gcc -O -c -Wall sample.c ，under linux2.4 kernel,netfilter is needed.
*/
#define __KERNEL__
#define MODULE
#include <linux/module.h>
#include <linux/skbuff.h>
#include <linux/netdevice.h>
#include <linux/config.h>
#include <linux/ip.h>
#include <linux/tcp.h>
#include <linux/udp.h>
#include <linux/netfilter_ipv4.h>
#define ALERT(fmt,args...) printk("nsfocus: " fmt, ##args)
/*message will be print to screen(too many~),and logged to /var/log/message*/
static unsigned int sample(unsigned int hooknum,struct sk_buff **skb,
const struct net_device *in,
const struct net_device *out,int (*okfn)(struct sk_buff *))
{
struct iphdr *iph;
struct tcphdr *tcph;
struct udphdr *udph;
__u32 sip;
__u32 dip;
__u16 sport;
__u16 dport;
iph=(*skb)->nh.iph;
sip=iph->saddr;
dip=iph->daddr;
/*play ip packet here
(note:checksum has been checked,if connection track is enabled,defrag have been done )*/
if(iph->ihl!=5){
ALERT("IP packet with packet from %d.%d.%d.%d to %d.%d.%d.%d\n",NIPQUAD(sip),NIPQUAD(dip));
}
if(iph->protocol==6){
tcph=(struct tcphdr*)((__u32 *)iph+iph->ihl);
sport=tcph->source;
dport=tcph->dest;
/*play tcp packet here*/
if((tcph->syn)&&(sport==dport)&&(sip==dip)){
ALERT("maybe land attack\n");
}
if(ntohs(tcph->dest)==139&&tcph->urg){
ALERT("maybe winnuke a from %d.%d.%d.%d to %d.%d.%d.%d\n",NIPQUAD(sip),NIPQUAD(dip));
}
if(tcph->ece&&tcph->cwr){
ALERT("queso from %d.%d.%d.%d to %d.%d.%d.%d\n",NIPQUAD(sip),NIPQUAD(dip));
}
if((tcph->fin)&&(tcph->syn)&&(!tcph->rst)&&(!tcph->psh)&&(!tcph->ack)&&(!tcph->urg)){
ALERT("SF_scan from %d.%d.%d.%d to %d.%d.%d.%d\n",NIPQUAD(sip),NIPQUAD(dip));
}
if((!tcph->fin)&&(!tcph->syn)&&(!tcph->rst)&&(!tcph->psh)&&(!tcph->ack)&&(!tcph->urg)){
ALERT("NULL_scan from %d.%d.%d.%d to %d.%d.%d.%d\n",NIPQUAD(sip),NIPQUAD(dip));
}
if(tcph->fin&&tcph->syn&&tcph->rst&&tcph->psh&&tcph->ack&&tcph->urg){
ALERT("FULL_Xmas_scan from %d.%d.%d.%d to %d.%d.%d.%d\n",NIPQUAD(sip),NIPQUAD(dip));
}
if((tcph->fin)&&(!tcph->syn)&&(!tcph->rst)&&(tcph->psh)&&(!tcph->ack)&&(tcph->urg)){
ALERT("XMAS_Scan(FPU)from %d.%d.%d.%d to %d.%d.%d.%d\n",NIPQUAD(sip),NIPQUAD(dip));
}
}
else if(iph->protocol==17){
udph=(struct udphdr *)((__u32 *)iph+iph->ihl);
sport=udph->source;
dport=udph->dest;
/*play udp packet here*/
}
else if(iph->protocol==1){
/*play icmp packet here*/
}
else if(iph->protocol==2){
ALERT("igmp packet from %d.%d.%d.%d to %d.%d.%d.%d\n",NIPQUAD(sip),NIPQUAD(dip));
/*play igmp packet here*/
}
else{
ALERT("unknown protocol%d packet from %d.%d.%d.%d to %d.%d.%d.%d\n",iph->protocol,NIPQUAD(sip),NIPQUAD(dip));
}
return NF_ACCEPT;
/*for it is IDS,we just accept all packet,
if you really want to drop this skb,just return NF_DROP*/
}
static struct nf_hook_ops iplimitfilter
={ {NULL,NULL} ,sample,PF_INET,NF_IP_PRE_ROUTING,NF_IP_PRI_FILTER-1};
int init_module(void)
{
return nf_register_hook(&iplimitfilter);
}
void cleanup_module(void)
{
nf_unregister_hook(&iplimitfilter);
}
<-example.c end->
四.附录：与2.2在应用方面的区别简介
本来还想详细介绍一下iptables的用法，但如果说的太详细的话，还不如索性将HOWTO翻译一下，于是干脆了却了这个念头，只顺便简介一下与以前版本的变化（而且是我认为最重要的）。如果ipchains本来便没有在你的脑子中扎根，其实便没有必要看这部分。
netfilter，又可称为iptables.开发初期准备将packet filter和NAT的配置工具完全分开，一个称为iptables,另一个称为ipnatctl，而将整个项目成为netfilter.但后来可能是还是习惯2.2内核中用ipchians一个工具干两件事的用法,又改为全部用iptables配置了。
理论上还可以用2.2系列的ipchains和2.0系列的ipfwadm作配置工具，但只是做兼容或过渡的考虑了。通过源码看到他们也是通过现有的结构HOOK上去的（主要是net/ipv4/netfilter目录下的ip_fw_compat.c,ip_fw_compat_masq.c,
ip_fw_compat_redir.c,ipchains_core.c,ipfwadm_core.c这几个文件）。
一个重要的变化是原有的INPUT,OUTPUT（原来是小写的input,ouput）链（现在应称为表?）的位置变了,原来的input,output的位置相当于现在的NF_IP_PRE_ROUTING，NF_IP_POST_ROUTING 。原有的结构确实不太合理，转发的包要经过三条链，现在INPUT专指去往本机的，OUPUT专指从本机发出的，而FOWARD仍旧是转发的包。
举两个简单的例子：
1.作地址伪装(场景:对外通过拨号连接internet)注意原来的MASQ变成好长的MASQUERATE,而伪装相当于SNAT,因此位置是在POSTROUTING：
iptables -t nat -A POSTROUTING －o ppp0 -j MASQUERATE
2.还有一个限制包速率的功能比较好玩，例如如下规则：
iptables -A FORWARD -p tcp --syn -m limit --limit 1/s -j ACCEPT
简单的说就是在转发时（-A FORWARD：因为是防火墙嘛），如果是tcp协议，且有syn标记（-p tcp --syn），可以限制为每秒一个（-m limit --limit 1/s ），行动项是ACCEPT。最后连起来意义就是每秒只允许转发一个tcp连接请求。
五.后记
netfilter还提供了许多新功能，如可以将包转发到应用层，由应用程序进行处理等，可目前我还没有分析多少，慢慢抽出点时间看吧。唉，尽管以前看过ipchains的代码，但netfilter实在变动太大了，一切都要从头看起:-(
最后，当然要感谢Rusty Russell，netfilter项目的负责人，不仅为我们提供了这个强大好用的工具，还写了大量非常优秀的文档。
参考文献：
[1.] Linux 2.4 Packet Filtering HOWTO
Rusty Russell, mailing list netfilter@lists.samba.org
v1.0.1 Mon May 1 18:09:31 CST 2000
[2.] Linux IPCHAINS-HOWTO
Paul Russell, ipchains@rustcorp.com
v1.0.7, Fri Mar 12 13:46:20 CST 1999
[3.] Linux 2.4 NAT HOWTO
Rusty Russell, mailing list netfilter@lists.samba.org
v1.0.1 Mon May 1 18:38:22 CST 2000
[4.] Linux netfilter Hacking HOWTO
Rusty Russell, mailing list netfilter@lists.samba.org
v1.0.1 Sat Jul 1 18:24:41 EST 2000
[5.] Writing a Module for netfilter
by Paul "Rusty" Russell
Linux Magazine June 2000 http://www.linux-mag.com/2000-06/gear_01.html
[6.] Salvatore Sanfilippo<antirez@invece.org>写的一份netfilter sample,但可惜我找不到出处了，只剩下手头一份打印稿，But anyway,thanks to Salvatore.
1 /*
2 * 25-Jul-1998 Major changes to allow for ip chain table
3 *
4 * 3-Jan-2000 Named tables to allow packet selection for different uses.
5 */
6
7 /*
8 * Format of an IP firewall descriptor
9 *
注意这里的说明：IP地址和掩码是按照网络字节存储（大端存储）标志字节和端口号是按照主机字节序存储（依主机硬件结构而定）
10 * src, dst, src_mask, dst_mask are always stored in network byte order.
11 * flags are stored in host byte order (of course).
12 * Port numbers are stored in HOST byte order.
13 */
14
15 #ifndef _IPTABLES_H
16 #define _IPTABLES_H
17
18 #ifdef __KERNEL__
19 #include linux/if.h
20 #include linux/types.h
21 #include linux/in.h
22 #include linux/ip.h
23 #include linux/skbuff.h
24 #endif
25 #include linux/netfilter_ipv4.h
26
27 #define IPT_FUNCTION_MAXNAMELEN 30
28 #define IPT_TABLE_MAXNAMELEN 32
29
这个结构存储与IP头部有关的防火墙规则信息。这里的注释说“这个结构无须填充零字节”，就是说这个结构的大小正好是4的倍数。这里由于IFNAMSIZ等于16，所以整个结构大小确实是4的倍数。
30 /* Yes, Virginia, you have to zero the padding. */
31 struct ipt_ip {
32 /* Source and destination IP addr */
33 struct in_addr src, dst;
34 /* Mask for src and dest IP addr */
35 struct in_addr smsk, dmsk;
36 char iniface[IFNAMSIZ], outiface[IFNAMSIZ];
37 unsigned char iniface_mask[IFNAMSIZ], outiface_mask[IFNAMSIZ];
38
39 /* Protocol, 0 = ANY */
40 u_int16_t proto;
41
42 /* Flags word */
43 u_int8_t flags;
44 /* Inverse flags */
45 u_int8_t invflags;
46 };
47这个结构存储match的信息，这里的匹配主要是指与IP无关的防火墙规则信息。由系统缺省设置的匹配主要有三个“tcp”、“udp”，“icmp”，我在分析ip_tables.c时将详细描述。
48 struct ipt_entry_match
49 {
50 union {
51 struct {
52 u_int16_t match_size;
53
54 /* Used by userspace */
55 char name[IPT_FUNCTION_MAXNAMELEN];
56 } user;
57 struct {
58 u_int16_t match_size;
59
60 /* Used inside the kernel */
61 struct ipt_match *match;
62 } kernel;
63
64 /* Total length */
65 u_int16_t match_size;
66 } u;
67
68 unsigned char data[0];
69 };
70 target结构信息，是决定一个分组命运的信息。也可以理解为action信息，其意义是指当一个分组与rule和match信息匹配后，如何处置该分组。处置方法一般有三种：一，命令常数，比如DROP ACCEPT等等；二 系统预定义的模块处理函数，比如”SNAT DNAT"等等；第三种是用户自己写模块函数。
71 struct ipt_entry_target
72 {
73 union {
74 struct {
75 u_int16_t target_size;
76
77 /* Used by userspace */
78 char name[IPT_FUNCTION_MAXNAMELEN];
79 } user;
80 struct {
81 u_int16_t target_size;
82
83 /* Used inside the kernel */
84 struct ipt_target *target;
85 } kernel;
86
87 /* Total length */
88 u_int16_t target_size;
89 } u;
90
91 unsigned char data[0];
92 };
93这个结构已经很明显给出了target的形式：命令常数、或者模块函数。
94 struct ipt_standard_target
95 {
96 struct ipt_entry_target target;
97 int verdict;
98 };
99
计数器结构，每一个rule都有一个计数器结构用来统计匹配该条规则的分组数目和字节数目。为基于统计的安全工具提供分析基础。
100 struct ipt_counters
101 {
102 u_int64_t pcnt, bcnt; /* Packet and byte counters */
103 };
104
标志字段，各个常数后面的注释已经给出了明确的解释，这里不再赘述。
105 /* Values for "flag" field in struct ipt_ip (general ip structure). */
106 #define IPT_F_FRAG 0x01 /* Set if rule is a fragment rule */
107 #define IPT_F_MASK 0x01 /* All possible flag bits mask. */
108
109 /* Values for "inv" field in struct ipt_ip. */
110 #define IPT_INV_VIA_IN 0x01 /* Invert the sense of IN IFACE. */
111 #define IPT_INV_VIA_OUT 0x02 /* Invert the sense of OUT IFACE */
112 #define IPT_INV_TOS 0x04 /* Invert the sense of TOS. */
113 #define IPT_INV_SRCIP 0x08 /* Invert the sense of SRC IP. */
114 #define IPT_INV_DSTIP 0x10 /* Invert the sense of DST OP. */
115 #define IPT_INV_FRAG 0x20 /* Invert the sense of FRAG. */
116 #define IPT_INV_PROTO 0x40 /* Invert the sense of PROTO. */
掩码标志。用法是当出现超出掩码范围的标志时，确认是非法标志。
117 #define IPT_INV_MASK 0x7F /* All possible flag bits mask. */
118
其实这个结构的构成这里的注释已经说的很清楚，但是从论坛上有人问"关于netfilter的问题“时，可以看出很多人还是不理解。与前面ipchains版本防火墙不同的是iptables的防火墙规则构成发生了变化。ipchains的构成是rule＋target，而iptables的构成是ip匹配信息＋match＋target。同时iptables构成的每一个部分都是可变大小的，由于经常出现”char XXX[0]“就可以看出。但是我个人认为规则的组织有点不好理解，它经常是先分配一段空间，然后将规则一条一条放入。如同文件系统存放变长记录的文件时，总要在记录中放入记录长度，以便以后取出记录，这里iptables正是使用这种方法，在每个规则中都放入长度字段，这样方便提取各个组成部分和计算下一条规则的位置。
119 /* This structure defines each of the firewall rules. Consists of 3
120 parts which are 1) general IP header stuff 2) match specific
121 stuff 3) the target to perform if the rule matches */
122 struct ipt_entry
123 {
124 struct ipt_ip ip;
125
126 /* Mark with fields that we care about. */
127 unsigned int nfcache;
128下面两个字段用来计算target的位置和下一条规则的位置。
129 /* Size of ipt_entry + matches */
130 u_int16_t target_offset;
131 /* Size of ipt_entry + matches + target */
132 u_int16_t next_offset;
133
这个字段的存在，为发现规则中存在”环路“提供手段。
134 /* Back pointer */
135 unsigned int comefrom;
136
137 /* Packet and byte counters. */
138 struct ipt_counters counters;
139
140 /* The matches (if any), then the target. */
141 unsigned char elems[0];
142 };
143
144 /*
145 * New IP firewall options for [gs]etsockopt at the RAW IP level.
146 * Unlike BSD Linux inherits IP options so you don't have to use a raw
147 * socket for this. Instead we check rights in the calls. */
定义提供给set/getsockopt系统调用的命令常数的基常数。
148 #define IPT_BASE_CTL 64 /* base for firewall socket options */
149
150 #define IPT_SO_SET_REPLACE (IPT_BASE_CTL)
151 #define IPT_SO_SET_ADD_COUNTERS (IPT_BASE_CTL + 1)
152 #define IPT_SO_SET_MAX IPT_SO_SET_ADD_COUNTERS
153
154 #define IPT_SO_GET_INFO (IPT_BASE_CTL)
155 #define IPT_SO_GET_ENTRIES (IPT_BASE_CTL + 1)
156 #define IPT_SO_GET_MAX IPT_SO_GET_ENTRIES
157
158 /* CONTINUE verdict for targets */
159 #define IPT_CONTINUE 0xFFFFFFFF
160
161 /* For standard target */
162 #define IPT_RETURN (-NF_MAX_VERDICT - 1)
163
Tcp匹配规则信息。
164 /* TCP matching stuff */
165 struct ipt_tcp
166 {
167 u_int16_t spts[2]; /* Source port range. */
168 u_int16_t dpts[2]; /* Destination port range. */
169 u_int8_t option; /* TCP Option iff non-zero*/
170 u_int8_t flg_mask; /* TCP flags mask byte */
171 u_int8_t flg_cmp; /* TCP flags compare byte */
172 u_int8_t invflags; /* Inverse flags */
173 };
174
tcp的取反标志值。
175 /* Values for "inv" field in struct ipt_tcp. */
176 #define IPT_TCP_INV_SRCPT 0x01 /* Invert the sense of source ports. */
177 #define IPT_TCP_INV_DSTPT 0x02 /* Invert the sense of dest ports. */
178 #define IPT_TCP_INV_FLAGS 0x04 /* Invert the sense of TCP flags. */
179 #define IPT_TCP_INV_OPTION 0x08 /* Invert the sense of option test. */
180 #define IPT_TCP_INV_MASK 0x0F /* All possible flags. */
181
udp匹配规则信息
182 /* UDP matching stuff */
183 struct ipt_udp
184 {
185 u_int16_t spts[2]; /* Source port range. */
186 u_int16_t dpts[2]; /* Destination port range. */
187 u_int8_t invflags; /* Inverse flags */
188 };
189
190 /* Values for "invflags" field in struct ipt_udp. */
191 #define IPT_UDP_INV_SRCPT 0x01 /* Invert the sense of source ports. */
192 #define IPT_UDP_INV_DSTPT 0x02 /* Invert the sense of dest ports. */
193 #define IPT_UDP_INV_MASK 0x03 /* All possible flags. */
194
195 /* ICMP matching stuff */
ICMP匹配规则信息
196 struct ipt_icmp
197 {
198 u_int8_t type; /* type to match */
199 u_int8_t code[2]; /* range of code */
200 u_int8_t invflags; /* Inverse flags */
201 };
202
203 /* Values for "inv" field for struct ipt_icmp. */
204 #define IPT_ICMP_INV 0x01 /* Invert the sense of type/code test */
205
这个结构实质上用户通过getsockopt系统调用获取table信息时所传递参数的类型。
206 /* The argument to IPT_SO_GET_INFO */
207 struct ipt_getinfo
208 {
209 /* Which table: caller fills this in. */
210 char name[IPT_TABLE_MAXNAMELEN];
211
212 /* Kernel fills these in. */
213 /* Which hook entry points are valid: bitmask */
214 unsigned int valid_hooks;
215
216 /* Hook entry points: one per netfilter hook. */
217 unsigned int hook_entry[NF_IP_NUMHOOKS];
218
219 /* Underflow points. */
220 unsigned int underflow[NF_IP_NUMHOOKS];
221
222 /* Number of entries */
223 unsigned int num_entries;
224
225 /* Size of entries. */
226 unsigned int size;
227 };
228
这个结构是用户通过系统调用更换table是所传递的参数类型。
229 /* The argument to IPT_SO_SET_REPLACE. */
230 struct ipt_replace
231 {
232 /* Which table. */
233 char name[IPT_TABLE_MAXNAMELEN];
234
235 /* Which hook entry points are valid: bitmask. You can't
236 change this. */
237 unsigned int valid_hooks;
238
239 /* Number of entries */
240 unsigned int num_entries;
241
242 /* Total size of new entries */
243 unsigned int size;
244
245 /* Hook entry points. */
246 unsigned int hook_entry[NF_IP_NUMHOOKS];
247
248 /* Underflow points. */
249 unsigned int underflow[NF_IP_NUMHOOKS];
250
251 /* Information about old entries: */
252 /* Number of counters (must be equal to current number of entries). */
253 unsigned int num_counters;
254 /* The old entries' counters. */
255 struct ipt_counters *counters;
256
257 /* The entries (hang off end: not really an array). */
258 struct ipt_entry entries[0];
259 };
260
这个更改计数器时传递的参数类型。
261 /* The argument to IPT_SO_ADD_COUNTERS. */
262 struct ipt_counters_info
263 {
264 /* Which table. */
265 char name[IPT_TABLE_MAXNAMELEN];
266
267 unsigned int num_counters;
268
269 /* The counters (actually `number' of these). */
270 struct ipt_counters counters[0];
271 };
272
这个是想获取防火墙规则时，传递给系统调用的参数类型。
273 /* The argument to IPT_SO_GET_ENTRIES. */
274 struct ipt_get_entries
275 {
276 /* Which table: user fills this in. */
277 char name[IPT_TABLE_MAXNAMELEN];
278
279 /* User fills this in: total entry size. */
280 unsigned int size;
281
282 /* The entries. */
283 struct ipt_entry entrytable[0];
284 };
285
286 /* Standard return verdict, or do jump. */
287 #define IPT_STANDARD_TARGET ""
288 /* Error verdict. */
289 #define IPT_ERROR_TARGET "ERROR"
290
现面定义了一些使用例程
291 /* Helper functions */
获取一条防火墙规则的target位置
292 extern __inline__ struct ipt_entry_target *
293 ipt_get_target(struct ipt_entry *e)
294 {
295 return (void *)e + e->target_offset;
296 }
297
下面的宏遍历处理一条防火墙规则的所有匹配。我已经说过每一条防火墙规则在iptables中分为三部分，而且每一部分的大小都是可变的。比如match部分，它本身可以有多个match项。
298 /* fn returns 0 to continue iteration */
299 #define IPT_MATCH_ITERATE(e, fn, args...) \
300 ({ \
301 unsigned int __i; \
302 int __ret = 0; \
303 struct ipt_entry_match *__m; \
这个for语句我来解释一下：首先__i取值为ipt_entry结构的大小，实质上就是match匹配的开始处的偏移地址，将其与e相加就得到了match匹配的地址，然后调用fn处理这个匹配。如果函数返回值为零，当前匹配的偏移地址加上当前匹配的大小，如果不超过target的偏移地址，则继续处理下一条匹配。
304 \
305 for (__i = sizeof(struct ipt_entry); \
306 __i target_offset; \
307 __i += __m->u.match_size) { \
308 __m = (void *)(e) + __i; \
309 \
310 __ret = fn(__m , ## args); \
311 if (__ret != 0) \
312 break; \
313 } \
314 __ret; \
315 })
316
这个宏处理一个table中的所有防火墙规则。对比对上一个宏的理解，这里我就不解释了。
317 /* fn returns 0 to continue iteration */
318 #define IPT_ENTRY_ITERATE(entries, size, fn, args...) \
319 ({ \
320 unsigned int __i; \
321 int __ret = 0; \
322 struct ipt_entry *__e; \
323 \
324 for (__i = 0; __i next_offset) { \
325 __e = (void *)(entries) + __i; \
326 \
327 __ret = fn(__e , ## args); \
328 if (__ret != 0) \
329 break; \
330 } \
331 __ret; \
332 })
333
334 /*
335 * Main firewall chains definitions and global var's definitions.
336 */
337 #ifdef __KERNEL__
338
339 #include ·
340 extern void ipt_init(void) __init;
341
所有的匹配处理都注册到一个match处理链表中，链表结点的类型就是这里的结构类型。当处理匹配时都是调用这里注册的处理函数。每个结点实质上由三个函数构成，一个匹配处理函数，一个合法性检查函数，一个析构函数。最后一个是反身指针，指针的作用如注释所示。
342 struct ipt_match
343 {
344 struct list_head list;
345
346 const char name[IPT_FUNCTION_MAXNAMELEN];
347
348 /* Return true or false: return FALSE and set *hotdrop = 1 to
349 force immediate packet drop. */
350 int (*match)(const struct sk_buff *skb,
351 const struct net_device *in,
352 const struct net_device *out,
353 const void *matchinfo,
354 int offset,
355 const void *hdr,
356 u_int16_t datalen,
357 int *hotdrop);
358
359 /* Called when user tries to insert an entry of this type. */
360 /* Should return true or false. */
361 int (*checkentry)(const char *tablename,
362 const struct ipt_ip *ip,
363 void *matchinfo,
364 unsigned int matchinfosize,
365 unsigned int hook_mask);
366
367 /* Called when entry of this type deleted. */
368 void (*destroy)(void *matchinfo, unsigned int matchinfosize);
369
370 /* Set this to THIS_MODULE if you are a module, otherwise NULL */
371 struct module *me;
372 };
373
和match一样，所有的target都注册到这个结构类型的全局链表中，每个target的处理函数都是这里注册的函数。和上面的解释一样，这里也主要包含三个函数指针。
374 /* Registration hooks for targets. */
375 struct ipt_target
376 {
377 struct list_head list;
378
379 const char name[IPT_FUNCTION_MAXNAMELEN];
380
381 /* Returns verdict. */
382 unsigned int (*target)(struct sk_buff **pskb,
383 unsigned int hooknum,
384 const struct net_device *in,
385 const struct net_device *out,
386 const void *targinfo,
387 void *userdata);
388
389 /* Called when user tries to insert an entry of this type:
390 hook_mask is a bitmask of hooks from which it can be
391 called. */
392 /* Should return true or false. */
393 int (*checkentry)(const char *tablename,
394 const struct ipt_entry *e,
395 void *targinfo,
396 unsigned int targinfosize,
397 unsigned int hook_mask);
398
399 /* Called when entry of this type deleted. */
400 void (*destroy)(void *targinfo, unsigned int targinfosize);
401
402 /* Set this to THIS_MODULE if you are a module, otherwise NULL */
403 struct module *me;
404 };
405
注册函数
406 extern int ipt_register_target(struct ipt_target *target);
407 extern void ipt_unregister_target(struct ipt_target *target);
408
409 extern int ipt_register_match(struct ipt_match *match);
410 extern void ipt_unregister_match(struct ipt_match *match);
411
table结构
412 /* Furniture shopping... */
413 struct ipt_table
414 {
415 struct list_head list;
416
417 /* A unique name... */
418 char name[IPT_TABLE_MAXNAMELEN];
419
420 /* Seed table: copied in register_table */
421 struct ipt_replace *table;
422
423 /* What hooks you will enter on */
424 unsigned int valid_hooks;
425
426 /* Lock for the curtain */
427 rwlock_t lock;
428
429 /* Man behind the curtain... */
430 struct ipt_table_info *private;
431 };
432
小结iptables的防火墙组织结构：
现在我们可以给出iptables防火墙规则的组织结构了。第一级是table级，每一个防火墙可以有多个table；第二级是hook级，每一个table都有一个hook集合，每个hook都有一个防火墙规则链；第三级基本规则级，基本规则级的规则包括三部分，IP规则信息、匹配规则信息和target。而这三个组成部分的每一个都可以包括同类型的多个部分规则。
433 extern int ipt_register_table(struct ipt_table *table);
434 extern void ipt_unregister_table(struct ipt_table *table);
435 extern unsigned int ipt_do_table(struct sk_buff **pskb,
436 unsigned int hook,
437 const struct net_device *in,
438 const struct net_device *out,
439 struct ipt_table *table,
440 void *userdata);
441
有关table结构对齐的宏。
442 #define IPT_ALIGN(s) (((s) + (__alignof__(struct ipt_entry)-1)) ~(__alignof__(struct ipt_entry)-1))
443 #endif /*__KERNEL__*/
444 #endif /* _IPTABLES_H */
445
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