kernel 校验和实现
kernel 校验和实现
- Kernel checksum implementation
- ) TCP包的错误检测使用16位累加和校验. 除了TCP包本身,
- TCP校验数据块还包括源IP地址,目的IP地址, TCP包长度, TCP协议号组成的12字节伪头标.
- ) 校验和为16位字补码和, 数据块长度为奇数时, 数据块末尾添零处理.
- 校验和的计算与顺序无关, 可以从数据块开始计算, 也可以从未尾开始向前计算.
- ) 为了提高计算效率, TCP包的校验和并不一次算出,
- 而是采用32位部分累加和(sk->csum)进行增量计算.
- csum_partial()用来计算数据块的32位部分累加和, 累加和可以用csum_fold()折叠为16位校验和.
- csum_partial_copy_nocheck()可在拷贝用户数据的同时计算出它的部分累加和.
- ) 为了加快执行速度, csum_partial()将8个32位字分为一组用分立的指令进行32位累加,
- 这样可加长循环体中指令长度, 提高CPU指令流水线的效率.
- ) 并不是所有的TCP包都必须校验, skb->ip_summed用来控制校验操作.
- 对于loopback设备的收发包, 其skb->ip_summed设为HECKSUM_UNNECESSARY, 忽略校验过程.
- 如果 skb->ip_summed == CHECKSUM_HW 说明TCP包本身的校验已经由硬件链路层完成,新kernel(2.6.)已经不使用这个选项。
- 下面我们介绍具体实现,基于kernel-2.6., x86 architecture.
- [函数实现]
- TCP包接收校验的初始化
- static __sum16 tcp_v4_checksum_init(struct sk_buff *skb)
- {
- const struct iphdr *iph = ip_hdr(skb);
- //如果TCP包本身的校验已经完成
- if (skb->ip_summed == CHECKSUM_COMPLETE) {
- if (!tcp_v4_check(skb->len, iph->saddr, iph->daddr, skb->csum)) { //附加伪头进行校验
- skb->ip_summed = CHECKSUM_UNNECESSARY;
- return ;
- }
- }
- //生成包含伪头的累加和
- skb->csum = csum_tcpudp_nofold(iph->saddr, iph->daddr, skb->len, IPPROTO_TCP, );
- if (skb->len <= ) {
- return __skb_checksum_complete(skb); //计算数据部分校验和
- }
- return ;
- }
- 附加伪头进行校验
- static inline __sum16 tcp_v4_check(int len, __be32 saddr, __be32 daddr, __wsum base)
- {
- return csum_tcpudp_magic(saddr, daddr, len, IPPROTO_TCP, base);
- }
- static inline __sum16 csum_tcpudp_magic(__be32 saddr, __be32 daddr, unsigned short len, unsigned short proto, __wsum sum)
- {
- return csum_fold(csum_tcpudp_nofold(saddr, daddr, len, proto, sum));
- }
- 生成包含伪头的累加和(源,目的,长度,协议号)
- static inline __wsum csum_tcpudp_nofold(__be32 saddr, __be32 daddr, unsigned short len, unsigned short proto, __wsum sum)
- {
- __asm__(
- "addl %1, %0 ;\n" //addl 加法
- "adcl %2, %0 ;\n" //adcl 带进位的加法
- "adcl %3, %0 ;\n"
- "adcl $0, %0 ;\n" //如果有进位,进行累加
- : "=r" (sum)
- : "g" (daddr), "g"(saddr), "g"((len + proto) << ), ""(sum)
- );
- return sum;
- }
- 将32位累加和折叠成16位校验和
- static inline __sum16 csum_fold(__wsum sum)
- {
- __asm__(
- "addl %1, %0 ;\n"
- "adcl $0xffff, %0 ;\n"
- : "=r" (sum)
- : "r" ((__force u32)sum << ), "" ((__force u32)sum & 0xffff0000)
- );
- return (__force __sum16)(~(__force u32)sum >> );
- }
- 基于伪头累加和,完成全包校验
- static __inline__ int tcp_checksum_complete(struct sk_buff *skb)
- {
- return skb->ip_summed != CHECKSUM_UNNECESSARY && __tcp_checksum_complete(skb);
- }
- __sum16 __skb_checksum_complete(struct sk_buff *skb)
- {
- return __skb_checksum_complete_head(skb, skb->len);
- }
- __sum16 __skb_checksum_complete_head(struct sk_buff *skb, int len)
- {
- __sum16 sum;
- sum = csum_fold(skb_checksum(skb, , len, skb->csum));
- if (likely(!sum)) {
- if (unlikely(skb->ip_summed == CHECKSUM_COMPLETE))
- netdev_rx_csum_fault(skb->dev);
- skb->ip_summed = CHECKSUM_UNNECESSARY;
- }
- return sum;
- }
- __wsum skb_checksum(const struct sk_buff *skb, int offset, int len, __wsum csum)
- {
- int start = skb_headlen(skb);
- int i, copy = start - offset;
- int pos = ;
- /* Checksum header. */
- if (copy > ) {
- if (copy > len)
- copy = len;
- csum = csum_partial(skb->data + offset, copy, csum);
- if ((len -= copy) == )
- return csum;
- offset += copy;
- pos = copy;
- }
- ......
- }
- 计算32位中间累加和
- unsigned int csum_partial(const unsigned char * buff, int len, unsigned int sum)
- {
- //arch/x86/lib/checksum_32.S 汇编文件
- }
- 基于TCP用户数据的中间累加和, 生成TCP包校验码
- void tcp_v4_send_check(struct sock *sk, int len, struct sk_buff *skb)
- {
- struct inet_sock *inet = inet_sk(sk);
- struct tcphdr *th = tcp_hdr(skb);
- if (skb->ip_summed == CHECKSUM_PARTIAL) {
- th->check = ~tcp_v4_check(len, inet->saddr, inet->daddr, ); //附加伪头进行校验
- skb->csum_start = skb_transport_header(skb) - skb->head;
- skb->csum_offset = offsetof(struct tcphdr, check);
- } else {
- //完整的tcp校验和计算方法
- th->check = tcp_v4_check(len, inet->saddr, inet->daddr, csum_partial((char *)th, th->doff << , skb->csum));
- }
- }
- 在拷贝用户数据时同时计算累加和
- unsigned int csum_partial_copy_nocheck(const char *src, char *dst, int len, int sum)
- {
- return csum_partial_copy_generic(src, dst, len, sum, NULL, NULL); // arch/x86/lib/checksum_32.S
- }
- ip头校验和计算
- static inline __sum16 ip_fast_csum(const void *iph, unsigned int ihl)
- {
- unsigned int sum;
- __asm__ __volatile__(
- "movl (%1), %0 ;\n"
- "subl $4, %2 ;\n"
- "jbe 2f ;\n"
- "addl 4(%1), %0 ;\n" //sum = sum + *(iph+4)
- "adcl 8(%1), %0 ;\n" //sum = sum + *(iph+8) + carry
- "adcl 12(%1), %0 ;\n" //sum = sum + *(iph+12) + carry
- "1: adcl 16(%1), %0 ;\n" //sum = sum + *(iph+16) + carry
- "lea 4(%1), %1 ;\n" //iph = iph + 4
- "decl %2 ;\n"
- "jne 1b ;\n"
- "adcl $0, %0 ;\n"
- "movl %0, %2 ;\n"
- "shrl $16, %0 ;\n"
- "addw %w2, %w0 ;\n"
- "adcl $0, %0 ;\n"
- "notl %0 ;\n"
- "2: ;\n"
- /* Since the input registers which are loaded with iph and ihl are modified, we must also specify them as outputs,
- or gcc will assume they contain their original values. */
- : "=r" (sum), "=r" (iph), "=r" (ihl)
- : "" (iph), "" (ihl)
- : "memory"
- );
- return (__force __sum16)sum;
- }
- 递减ip->ttl,更新校验和
- static inline int ip_decrease_ttl(struct iphdr *iph)
- {
- u32 check = (__force u32)iph->check;
- check += (__force u32)htons(0x0100);
- iph->check = (__force __sum16)(check + (check>=0xFFFF));
- return --iph->ttl;
- }
- static inline __wsum csum_add(__wsum csum, __wsum addend)
- {
- u32 res = (__force u32)csum;
- res += (__force u32)addend;
- return (__force __wsum)(res + (res < (__force u32)addend));
- }
- static inline __wsum csum_sub(__wsum csum, __wsum addend)
- {
- return csum_add(csum, ~addend);
- }
- static inline __wsum csum_block_add(__wsum csum, __wsum csum2, int offset)
- {
- u32 sum = (__force u32)csum2;
- if (offset & )
- sum = ((sum & 0xFF00FF)<<) + ((sum>>) & 0xFF00FF);
- return csum_add(csum, (__force __wsum)sum);
- }
- static inline __wsum csum_block_sub(__wsum csum, __wsum csum2, int offset)
- {
- u32 sum = (__force u32)csum2;
- if (offset & )
- sum = ((sum & 0xFF00FF)<<) + ((sum>>) & 0xFF00FF);
- return csum_sub(csum, (__force __wsum)sum);
- }
- [/函数实现]
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