Linux内核构造数据包并发送（Netfilter方式）

转自：http://blog.chinaunix.net/u/33048/showart_2043789.html，作者：Godbach

一、构造数据包简析

这里并不详细介绍如何在内核中构造数据包，下文如有需要会在适当的位置进行分析。这里简单的分析讲一下内核态基于Netfilter框架构造数据包的方式。

       内核中可以用到的构造数据包的方式，个人认为可以分为两种。

其一，我们直接用alloc_skb申请一个skb结构体，然后根据实际的应用填充不同的成员，或者基于当前数据包的skb，调用skb_copy_expand()函数等新申请一个nskb，并且拷贝skb的内容。

其二，也是个人比较常用的，就是直接在先前接收到的数据包skb上作修改，主要有源IP、目IP，如果是TCP/UDP协议的话，还有源端口目的端口号。总之，就是根据自己的需求去调整数据包的相关成员即可。

通常，这两种方式最终可能都要涉及到重新计算各个部分的校验和，这也是必须的。

二、如何发送构造的数据包

       承接上文，数据包已经构造完毕，下一步关键就是如何发送数据包了。个人这里总结的有两种方法。

       方法一，就是让数据包接着按照Netfilter的流程进行传输。因为数据包的一些内容已经被更改，尤其是当源IP和目的IP被更改，主要是交换的情况下，是需要确保有路由可查的。

       NF框架中查路由的位置一是在PREROUTING之后，而是在LOCALOUT之后。又由于这里是需要将数据包从本地发送出去。因此，可以考虑让修改后的数据包从LOCALOUT点发出。

       内核代码中有这种方式的典型体现。本文涉及的相关内核代码的版本都是2.6.18.3。源文件为ipt_REJECT.c，函数send_reset用于往当前接收到数据包的源IP上发送RST包，整个函数涉及了数据包的构造和发送，这里一起做个简单分析。

/* Send RST reply */

static void send_reset(struct sk_buff *oldskb, int hook)

{

    struct sk_buff *nskb;

    struct iphdr *iph = oldskb->nh.iph;

    struct tcphdr _otcph, *oth, *tcph;

    struct rtable *rt;

    u_int16_t tmp_port;

    u_int32_t tmp_addr;

    int needs_ack;

    int hh_len;
    /* 判断是否是分片包*/

    if (oldskb->nh.iph->frag_off & htons(IP_OFFSET))

        return;
/*得到TCP头部指针*/

    oth = skb_header_pointer(oldskb, oldskb->nh.iph->ihl * 4,

                 sizeof(_otcph), &_otcph);

    if (oth == NULL)

        return;
    /* 当期收到的包就是RST包，就不用再发送RST包了*/

    if (oth->rst)

        return;
    /*检查数据包的校验和是否正确*/
    if (nf_ip_checksum(oldskb, hook, iph->ihl * 4, IPPROTO_TCP))
        return;
    /*这一步比较关键，做的就是更新路由的工作。该函数的主要工作就是将当前数据包的源IP当做路由的目的IP，同时考虑数据包的目的IP，得到去往该源IP的路由*/

    if ((rt = route_reverse(oldskb, oth, hook)) == NULL)

        return;
    hh_len = LL_RESERVED_SPACE(rt->u.dst.dev);
    /* 拷贝当前的oldskb,包括skb结构体和数据部分。这就是我们上面提到的构造数据包的第一种方式*/

    nskb = skb_copy_expand(oldskb, hh_len, skb_tailroom(oldskb),

                   GFP_ATOMIC);

    if (!nskb) {

        dst_release(&rt->u.dst);

        return;

    }
    /*因为是拷贝的oldskb,这里不需要再引用了，因此释放对该路由项的引用*/
    dst_release(nskb->dst);
    /*将新构造数据包引用的路由指向上面由route_reverse函数返回的新的路由项 */
    nskb->dst = &rt->u.dst;
    /* 清除nskb中拷贝过来的oldskb中链接跟踪相关的内容*/

    nf_reset(nskb);

    nskb->nfmark = 0;

   skb_init_secmark(nskb);
    /*以下就是构造数据包的实际数据部分。如果我们将这里不为nskb新申请缓冲区，而直接指向oldskb的缓冲区，就使我们上面提到的第二种构造数据包的方法。*/

    /*获取nskb的tcp header*/

    tcph = (struct tcphdr *)((u_int32_t*)nskb->nh.iph + nskb->nh.iph->ihl);

    /*交换源和目的IP */

    tmp_addr = nskb->nh.iph->saddr;

    nskb->nh.iph->saddr = nskb->nh.iph->daddr;

    nskb->nh.iph->daddr = tmp_addr;

    /*交换源和目的端口 */

    tmp_port = tcph->source;

    tcph->source = tcph->dest;

    tcph->dest = tmp_port;


    /*重置TCP头部的长度，并修改IP头部中记录的数据包的总长度。因为这里是发送RST报文，只需要有TCP的头部，不需要TCP的数据部分*/

    tcph->doff = sizeof(struct tcphdr)/4;

    skb_trim(nskb, nskb->nh.iph->ihl*4 + sizeof(struct tcphdr));

    nskb->nh.iph->tot_len = htons(nskb->len);

    /*重新设置 seq, ack_seq，分两种情况（TCP/IP详解有描述）*/

    if (tcph->ack) { /*原始数据包中ACK标记位置位的情况*/

        needs_ack = 0;

        tcph->seq = oth->ack_seq; /*原始数据包的ack_seq作为nskb的seq*/

        tcph->ack_seq = 0;

    } else { /*原始数据包中ACK标记位没有置位的情况，初始连接SYN或者结束连接FIN等*/

        needs_ack = 1;

        /*这种情况应该是SYN或者FIN包，由于SYN和FIN包都占用1个字节的长度。因此ack_seq应该等于旧包的seq+1即可。这里之所以这样表示，可能是还存在其他情况的数据包。*/

        tcph->ack_seq = htonl(ntohl(oth->seq) + oth->syn + oth->fin

                      + oldskb->len - oldskb->nh.iph->ihl*4

                      - (oth->doff<<2));

        tcph->seq = 0;

    }

    /* RST标记位置1*/

    ((u_int8_t *)tcph)[13] = 0;

    tcph->rst = 1;

    tcph->ack = needs_ack;

     tcph->window = 0;

    tcph->urg_ptr = 0;

    /*重新计算TCP校验和*/

    tcph->check = 0;

    tcph->check = tcp_v4_check(tcph, sizeof(struct tcphdr),

                   nskb->nh.iph->saddr,

                   nskb->nh.iph->daddr,

                   csum_partial((char *)tcph,

                        sizeof(struct tcphdr), 0));


    /* 修改IP包的TTL，并且设置禁止分片*/

    nskb->nh.iph->ttl = dst_metric(nskb->dst, RTAX_HOPLIMIT);

    /* Set DF, id = 0 */

    nskb->nh.iph->frag_off = htons(IP_DF);

    nskb->nh.iph->id = 0;


    /*重新计算IP数据包头部校验和*/

    nskb->nh.iph->check = 0;

    nskb->nh.iph->check = ip_fast_csum((unsigned char *)nskb->nh.iph,

                       nskb->nh.iph->ihl);


    /* "Never happens" */

    if (nskb->len > dst_mtu(nskb->dst))

        goto free_nskb;

/*使nskb和oldskb的链接记录关联*/

    nf_ct_attach(nskb, oldskb);
/*这里就是最终发送数据包的方式，具体方法就是让新数据包经过LOACLOUT的hook点，然后查路由，最后经由PREROUTING点，将数据包发送出去。

其实这里我还是有1个疑问：（1）为什么不可以直接查找路由，而必须先经过LOCALOUT点；*/

    NF_HOOK(PF_INET, NF_IP_LOCAL_OUT, nskb, NULL, nskb->dst->dev,

        dst_output);

    return;
free_nskb:

    kfree_skb(nskb);
}

其实，这不是丢到了高层，而是和ip_queue_xmit()发送过程意义一样。
对这包进行重新路由后，封装了头部，之后，放到了NF_IP_LOCAL_IN之前而已。

其实，这里面只要修改了中途修改了ip地址，肯定是需要手动重新路由的。
这就涉及到一些比较复杂的route cache的查找，如果没有就去查找route tables；之后，进行路由结构和neighbour结构的关联，就涉及到邻居子系统的相关操作；接着就涉及到arp cache的查找，如果没有，进行一些操作，arp的过程等等，才找到了相关的ip对应的mac信息。