【Linux 内核网络协议栈源码剖析】sendto 函数剖析 |
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【Linux 内核网络协议栈源码剖析】sendto 函数剖析
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前面介绍的函数基本上都是TCP协议的，如listen，connect，accept 等函数，这都是为可靠传输协议TCP定制的。对于另一个不可靠udp协议（通信系统其可靠性交由上层应用层负责），则主要由两个函数完成，sendto 和 recvfrom 函数。这里先介绍 sendto 函数。 说明：sendto 和 recvfrom 函数不限于udp协议，这里只是udp协议当中是采用这两个函数实现的，所以就放在udp协议中介绍。 对于 udp 协议的介绍和编程实现请参考下文：UDP 客户/服务器简单 Socket 程序 简要介绍下UDP数据报格式，相比TCP数据报格式，实在是简洁不少。 上面的各个字段含义一目了然（上面是16是表示该字段占16bit，udp头部占8字节），其中长度指的是此 UDP 数据报的长度（包括 UDP 数据报头部和 “数据” 部分）。 一、应用层——sendto 函数 #include ssize_t sendto(int sockfd, const void *buff, size_t nbytes, int flags, const struct sockaddr *to, socklen_t *addrlen); //若成功则返回写的字节数，出错则返回-1 /*参数解析 前面三个参数分别表示：套接字描述符，指向写出缓冲区的指针和写字节数。 to：指向一个含有数据报接收者的协议地址（如IP地址和端口号）的套接字地址结构，其大小由addrlen参数指定 */该函数的作用是：向指定端口发送给定地址中的指定大小数据（如客户端sockfd，向 to 指定的远端套接字发送buff 缓冲区内nbytes 个字节数据）二、BSD Socket层——sock_sendto 函数 /* * Send a datagram to a given address. We move the address into kernel * space and check the user space data area is readable before invoking * the protocol. */ //发送数据给指定的远端地址，主要用于UDP协议 //前面三个参数分别表示套接口描述字、指向缓冲区的指针和读写字节数 //addr指向一个含有数据包接收者的协议地址(含ip地址和端口号)的套接口地址结构 //其大小由addr_len参数指定 //该函数的作用就是向指定地址的远端发送数据包：将buff缓冲区中len大小的数据发送给addr指定的远端套接字 static int sock_sendto(int fd, void * buff, int len, unsigned flags, struct sockaddr *addr, int addr_len) { struct socket *sock; struct file *file; char address[MAX_SOCK_ADDR]; int err; //参数有效性检查 if (fd < 0 || fd >= NR_OPEN || ((file = current->files->fd[fd]) == NULL)) return(-EBADF); //找到给定文件描述符对应的socket结构 if (!(sock = sockfd_lookup(fd, NULL))) return(-ENOTSOCK); if(lensendto(sock, buff, len, (file->f_flags & O_NONBLOCK), flags, (struct sockaddr *)address, addr_len)); } 三、INET Socket层——inet_sendto 函数 //INET socket层 static int inet_sendto(struct socket *sock, void *ubuf, int size, int noblock, unsigned flags, struct sockaddr *sin, int addr_len) { //得到socket对应的sock结构 struct sock *sk = (struct sock *) sock->data; //判断该套接字的有效性，是否处于关闭状态(半关闭) if (sk->shutdown & SEND_SHUTDOWN) { send_sig(SIGPIPE, current, 1); return(-EPIPE); } if (sk->prot->sendto == NULL) return(-EOPNOTSUPP); if(sk->err) return inet_error(sk); /* We may need to bind the socket. */ //自动绑定一个本地端口号 if(inet_autobind(sk)!=0) return -EAGAIN; //调用下层传输层函数udp_sendto函数 return(sk->prot->sendto(sk, (unsigned char *) ubuf, size, noblock, flags, (struct sockaddr_in *)sin, addr_len)); } 四、传输层udp_sento 函数 static int udp_sendto(struct sock *sk, unsigned char *from, int len, int noblock, unsigned flags, struct sockaddr_in *usin, int addr_len) { struct sockaddr_in sin; int tmp; /* * Check the flags. We support no flags for UDP sending */ //udp除了MSG_DONTROUTE外，不支持任何其他标志位 if (flags&~MSG_DONTROUTE) return(-EINVAL); /* * Get and verify the address. */ //对远端地址的合法性检查，由于不涉及网络数据传送，所以无法验证这个地址存在性 if (usin) { //如果明确指定远端地址，就直接检查该地址的有效性 if (addr_len < sizeof(sin)) //大小 return(-EINVAL); memcpy(&sin,usin,sizeof(sin)); if (sin.sin_family && sin.sin_family != AF_INET) //本地地址有效性 return(-EINVAL); if (sin.sin_port == 0) //端口号有效性 return(-EINVAL); } else { //如果没有明确指定远端地址，则检查之前是否调用了connect函数进行了地址绑定 if (sk->state != TCP_ESTABLISHED) return(-EINVAL); //如果进行了绑定，则将远端地址设置为这个绑定的地址 sin.sin_family = AF_INET; sin.sin_port = sk->dummy_th.dest; sin.sin_addr.s_addr = sk->daddr; } /* * BSD socket semantics. You must set SO_BROADCAST to permit * broadcasting of data. */ //处理尚未指定本地地址的情况 if(sin.sin_addr.s_addr==INADDR_ANY) sin.sin_addr.s_addr=ip_my_addr(); //处理广播的情况 if(!sk->broadcast && ip_chk_addr(sin.sin_addr.s_addr)==IS_BROADCAST) return -EACCES; /* Must turn broadcast on first */ sk->inuse = 1;//加锁 /* Send the packet. */ //转调用udp_send函数 tmp = udp_send(sk, &sin, from, len, flags); /* The datagram has been sent off. Release the socket. */ //数据包以发送，释放该套接字，前面介绍到这个函数的两个功能 //取决于sk_dead字段是否设置 release_sock(sk); return(tmp); } udp_send 函数 //根据被调用出清楚参数情况 static int udp_send(struct sock *sk, struct sockaddr_in *sin, unsigned char *from, int len, int rt) { struct sk_buff *skb; struct device *dev; struct udphdr *uh; unsigned char *buff; unsigned long saddr; int size, tmp; int ttl; /* * Allocate an sk_buff copy of the packet. */ //计算所需要分配的封装数据的缓冲区大小 size = sk->prot->max_header + len; //分配指定大小的sk_buff 结构用于封装数据 skb = sock_alloc_send_skb(sk, size, 0, &tmp); if (skb == NULL) return tmp; skb->sk = NULL; /* to avoid changing sk->saddr */ skb->free = 1;//发送完后数据包立即释放，udp不提供超时重传 skb->localroute = sk->localroute|(rt&MSG_DONTROUTE);//指定路由类型 /* * Now build the IP and MAC header. */ buff = skb->data;//udp首部和有效负载 saddr = sk->saddr;//本地地址 dev = NULL; ttl = sk->ip_ttl; #ifdef CONFIG_IP_MULTICAST //如果目的地址是多播，则设置TTL值为1，表示局限于本地网络，不可跨越路由器 if (MULTICAST(sin->sin_addr.s_addr)) ttl = sk->ip_mc_ttl; #endif //创建MAC首部和IP首部 tmp = sk->prot->build_header(skb, saddr, sin->sin_addr.s_addr, &dev, IPPROTO_UDP, sk->opt, skb->mem_len,sk->ip_tos,ttl); skb->sk=sk;//关联 /* So memory is freed correctly */ /* * Unable to put a header on the packet. */ if (tmp < 0 ) //创建失败 { sk->prot->wfree(sk, skb->mem_addr, skb->mem_len); return(tmp); } buff += tmp;//定位到udp首部位置 saddr = skb->saddr; /*dev->pa_addr;*/ //数据报sk_buff中挂载的数据部分长度:下面注释，len是有效数据负载长度 skb->len = tmp + sizeof(struct udphdr) + len; /* len + UDP + IP + MAC */ skb->dev = dev;//网络接口设备 /* * Fill in the UDP header. */ //udp首部字段的初始化 uh = (struct udphdr *) buff; uh->len = htons(len + sizeof(struct udphdr));//长度字段 uh->source = sk->dummy_th.source;//源端端口，sk中tcp首部字段 uh->dest = sin->sin_port;//目的端口 buff = (unsigned char *) (uh + 1);//定位到数据部分 //MAC header | IP Header | UDP Header | Data //uh本身已经指向了udp首地址，uh+1，表示后移一个udp首部大小位置，定位到了数据负载 /* * Copy the user data. */ //从from拷贝len大小的数据到buff，即把应用层中待发送的缓冲区的数据拷贝到数据包的数据负载中 //然后通过数据包整体打包发送出去。 //就好比货物搭上了货轮开往目的地，为啥不是火车呢，因为火车线路已经固定好了，只能这么走。 memcpy_fromfs(buff, from, len); /* * Set up the UDP checksum. */ //同tcp，这里进行udp校验和检查 udp_send_check(uh, saddr, sin->sin_addr.s_addr, skb->len - tmp, sk); /* * Send the datagram to the interface. */ udp_statistics.UdpOutDatagrams++; //调用ip_queue_xmit函数将数据包发往网络层模块处理。以下处理就和TCP协议一样了，二者的差异只在于传输层 //该函数以及更下层数据传送前面已经介绍， sk->prot->queue_xmit(sk, dev, skb, 1); return(len); }关于ip_queue_xmit 函数的介绍以及更下层的数据传送，参见博文： 【Linux 内核网络协议栈源码剖析】数据包发送可以看出，udp是一种无连接传输层协议，不像tcp那样需要服务器监听，也不必等待客户端与服务器建立连接后才能通信，效率优于tcp协议，但udp则不能保证数据传输的可靠性。 udp 的数据传输，实现并不像tcp那样要建立一条数据传输通道，而是直接创建套接字后，直接传送数据到给定的远端（提供远端地址），数据传送过程无超时重传和序列号校验工作，适用于数据传输的连续性比数据的完整性更重要的场合，允许数据在传输过程中有部分丢失，如IP电话、流媒体通信等。
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