4 Linux下的一種實(shí)現(xiàn)

　　4．1 Linux系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧體系結(jié)構(gòu)

　　Linux網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)有硬件，數(shù)據(jù)鏈路層、IP層、INET Socket層、BSD Socket層和應(yīng)用層5部分。其中在Linux內(nèi)核中分組包括前4部分。圖1為Linux系統(tǒng)基于TCP／IP的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)。

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圖1 Linux系統(tǒng)基于TCP/IP的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)

　　4．2 Linux系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)堆棧的IP層

　　Linux路由系統(tǒng)中主要保存3種路由相關(guān)的數(shù)據(jù)：(1)在物理上與本機(jī)相連接的主機(jī)地址信息表，即鄰居節(jié)點(diǎn)表。鄰居節(jié)點(diǎn)表用neigh_table{} 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)表示，以neighbour{}數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)為節(jié)點(diǎn)；(2)在網(wǎng)絡(luò)訪問中判斷一個(gè)網(wǎng)絡(luò)地址的數(shù)據(jù)表，是轉(zhuǎn)發(fā)信息庫FIB，用來保存路由規(guī)則，用 fib_table{)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)鏈表來表示；(3)最近使用過的路由緩存表，稱為路由緩存表，用rtable{}數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)鏈表表示。

　　在類Unix操作系統(tǒng)中，路由功能一般包括2部分。一部分駐留在操作系統(tǒng)內(nèi)核中，用以基于表驅(qū)動(dòng)的進(jìn)程，根據(jù)路由表信息，設(shè)定正確的地址，將數(shù)據(jù)分組發(fā)往對應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)接口，這部分稱為“分組轉(zhuǎn)發(fā)功能模塊”；另一部分實(shí)現(xiàn)路由協(xié)議的邏輯計(jì)算，通過與其他主機(jī)交換信息計(jì)算出到其他節(jié)點(diǎn)的正確路由，實(shí)現(xiàn)真正的尋找路由和維護(hù)路由功能，這部分稱為“分組尋址功能模塊”。分組轉(zhuǎn)發(fā)路由模塊在內(nèi)核中基于一個(gè)內(nèi)核路由表來工作，每次發(fā)送數(shù)據(jù)分組都要查詢內(nèi)核路由表，取得對應(yīng)的下一跳鄰居節(jié)點(diǎn)的地址和對應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)接口。內(nèi)核路由表一般由分組尋路功能模塊操作維護(hù)。在查找內(nèi)核路由表時(shí)根據(jù)路由表項(xiàng)轉(zhuǎn)發(fā)。如果找不到匹配的路由表項(xiàng)，則按缺省路由發(fā)送，一般將網(wǎng)關(guān)作為缺省路由的下一跳節(jié)點(diǎn)。如果缺省路由不存在則操作系統(tǒng)將直接丟棄數(shù)據(jù)分組。分組尋路模塊功能負(fù)責(zé)尋路，它和其他節(jié)點(diǎn)交換信息，采用一定的路由算法計(jì)算和維護(hù)內(nèi)核路南表。分組尋路功能模塊既可在內(nèi)核實(shí)現(xiàn)，也可在用戶空間實(shí)現(xiàn)，Linux系統(tǒng)自帶的分組尋路模塊在內(nèi)核中。分組轉(zhuǎn)發(fā)功能和分組尋路功能分開后，可在分組轉(zhuǎn)發(fā)功能模塊不變的情況下，通過修改分組尋路功能模塊用其他路由協(xié)議代替現(xiàn)有的路由協(xié)議。

　　4．3 Netfilter／iptables網(wǎng)絡(luò)分組的處理

　　Netfilter是嵌入在內(nèi)核IP協(xié)議棧的一系列調(diào)用入口，設(shè)置在數(shù)據(jù)報(bào)處理的路徑上。Netfilter為每種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議定義一套鉤子函數(shù)(IPv4定義5個(gè)子函數(shù))，這些鉤子函數(shù)在數(shù)據(jù)分組流過協(xié)議棧的幾個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)時(shí)被調(diào)用。在這幾個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)上，協(xié)議把網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)分組、鉤子函數(shù)及鉤子函數(shù)標(biāo)號(hào)作為參數(shù)調(diào)用 Netfilter框架。內(nèi)核的任何模塊可對每種協(xié)議的一個(gè)或多個(gè)鉤子進(jìn)行注冊。當(dāng)某個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)被傳送至Netfilter框架時(shí)，內(nèi)核能夠檢測是否有模塊對該協(xié)議和鉤子進(jìn)行注冊。若已注冊則調(diào)用該模塊注冊時(shí)使用的回調(diào)函數(shù)，這些模塊就有機(jī)會(huì)檢查、修改或丟棄該分組及指示Netfilter將該數(shù)據(jù)分組傳入用戶空間的隊(duì)列。排隊(duì)的數(shù)據(jù)分組被傳遞至用戶空間，在用戶空間異步進(jìn)行處理。

　　一個(gè)用戶空間進(jìn)程能夠檢查數(shù)據(jù)分組、修改數(shù)據(jù)分組，甚至還可重新將該數(shù)據(jù)分組通過離開內(nèi)核的同一個(gè)鉤子函數(shù)重新注入內(nèi)核中。

　　綜上所述，由于Linux的Netfilter／iptables功能強(qiáng)大，并且與內(nèi)核結(jié)合完美，因此受到廣泛關(guān)注并應(yīng)用于Ad hoc路由協(xié)議的實(shí)現(xiàn)。

　　4．4 基本問題的解決

　　Linux體系結(jié)構(gòu)下，在處理無路由分組和更新路由緩存時(shí)具有較好的解決途徑。

　　通過使用一個(gè)本地隧道設(shè)備Universal TUN／TAP作為這些地址‘接口’過濾無路由分組。再將這些分組緩存在一張由目的地IP地址為索引的Hash隊(duì)列。

　　當(dāng)路由發(fā)現(xiàn)完成成功后，使用新發(fā)現(xiàn)的路由，內(nèi)核中的這些分組被恰當(dāng)?shù)芈酚沙鋈ィ瑥亩^好處理了沒有路由分組。為每個(gè)路南表?xiàng)l目在內(nèi)核外面維護(hù)一個(gè)時(shí)間戳來更新路由緩存。

　　設(shè)計(jì)一個(gè)route_check的簡單核心模塊維護(hù)該表，每個(gè)路由出去的分組都將經(jīng)該模塊，還可查看分組頭并更新對應(yīng)的時(shí)間戳。

　　5 結(jié)束語

　　由于Linux操作系統(tǒng)，通過分析當(dāng)前操作系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)模塊，列出實(shí)現(xiàn)Ad hoc路由協(xié)議所面臨的問題并提出了一種可行的解決方案。
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