netfilter-IPv4实现框架分析(一)
基于Linux-2.6.30版本,具体实现net\ipv4\netfilter目录下,入口文件为net\ipv4\netfilter\iptable_filter.c,入口/出口函数为模块的init函数iptable_filter_init()和uninit函数iptable_filter_fini()
iptable_filter_init()函数流程如下
1、register_pernet_subsys(&iptable_filter_net_ops),其作用初步看是用于注册报文匹配目标规则,暂不分析。
2、nf_register_hooks(ipt_ops, ARRAY_SIZE(ipt_ops)); 该调用既是将filter类型table的hook这侧到netfilter的核心框架中。其中ipt_ops既是记录了具体hook处理实现内容,如下
static struct nf_hook_ops ipt_ops[] __read_mostly = { { .hook = ipt_local_in_hook, .owner = THIS_MODULE, .pf = PF_INET, .hooknum = NF_INET_LOCAL_IN, .priority = NF_IP_PRI_FILTER, }, { .hook = ipt_hook, .owner = THIS_MODULE, .pf = PF_INET, .hooknum = NF_INET_FORWARD, .priority = NF_IP_PRI_FILTER, }, { .hook = ipt_local_out_hook, .owner = THIS_MODULE, .pf = PF_INET, .hooknum = NF_INET_LOCAL_OUT, .priority = NF_IP_PRI_FILTER, }, };
以chain INPUT的实现为例,
hook成员即表示具体的hook处理函数,当报文匹配上本规则后,在报文向上层protocol layer上送之前,会被调用。具体见后面进一步分析。
pf即protocol family,表示处理报文的协议类型。
hooknum其实表示本pf下的hook类型,此处处理入方向的报文,与iptables命令工具中INPUT、FORWARD、OUTPUT基本相对应。
priority表示本条chain的优先级。
需要特别注意一下,后续实际注册chain处理规则时,既是利用pf、hooknum、priority将各个chain保存到nf_hooks中的对应位置。后续在netfilter的核心系统中,即根据pf/hooknum查找与之对应的hook,并按照priority指定的优先级一次调用各个hook函数。
现在看看具体filter hook函数是怎么调用的,对net/ipv4/中的代码进行grep,结果如下
[root@arch ipv4]# grep -n NF_HOOK *.c arp.c:: NF_HOOK(NFPROTO_ARP, NF_ARP_OUT, skb, NULL, skb->dev, dev_queue_xmit); arp.c:: return NF_HOOK(NFPROTO_ARP, NF_ARP_IN, skb, dev, NULL, arp_process); ip_forward.c:: return NF_HOOK(PF_INET, NF_INET_FORWARD, skb, skb->dev, rt->u.dst.dev, ip_input.c:: return NF_HOOK(PF_INET, NF_INET_LOCAL_IN, skb, skb->dev, NULL, ip_input.c:: return NF_HOOK(PF_INET, NF_INET_PRE_ROUTING, skb, dev, NULL, ip_output.c:: NF_HOOK(PF_INET, NF_INET_POST_ROUTING, newskb, ip_output.c:: NF_HOOK(PF_INET, NF_INET_POST_ROUTING, newskb, NULL, ip_output.c:: return NF_HOOK_COND(PF_INET, NF_INET_POST_ROUTING, skb, NULL, skb->dev, ip_output.c:: return NF_HOOK_COND(PF_INET, NF_INET_POST_ROUTING, skb, NULL, dev, ipmr.c:: NF_HOOK(PF_INET, NF_INET_FORWARD, skb, skb->dev, dev, raw.c:: err = NF_HOOK(PF_INET, NF_INET_LOCAL_OUT, skb, NULL, rt->u.dst.dev, xfrm4_input.c:: NF_HOOK(PF_INET, NF_INET_PRE_ROUTING, skb, skb->dev, NULL, xfrm4_output.c:: return NF_HOOK_COND(PF_INET, NF_INET_POST_ROUTING, skb, [root@arch ipv4]# pwd /root/linux-2.6./net/ipv4 [root@arch ipv4]#
补充说明:NF_HOOK宏既是netfilter系统在报文处理的地方,插入hook的功能宏,其实现如下
#ifdef CONFIG_NETFILTER #define NF_HOOK(pf, hook, skb, indev, outdev, okfn) \ NF_HOOK_THRESH(pf, hook, skb, indev, outdev, okfn, INT_MIN) #else #define NF_HOOK(pf, hook, skb, indev, outdev, okfn) (okfn)(skb) #endif
在上面的grep结果中,ip_input.c对INPUT方向中,利用NF_HOOK放置的报文处理hook实现为
/* * Deliver IP Packets to the higher protocol layers. */ int ip_local_deliver(struct sk_buff *skb) { /* * Reassemble IP fragments. */ if (ip_hdr(skb)->frag_off & htons(IP_MF | IP_OFFSET)) { if (ip_defrag(skb, IP_DEFRAG_LOCAL_DELIVER)) return ; } return NF_HOOK(PF_INET, NF_INET_LOCAL_IN, skb, skb->dev, NULL, ip_local_deliver_finish); } NF_HOOK_THRESH宏实现如下 #ifdef CONFIG_NETFILTER #define NF_HOOK_THRESH(pf, hook, skb, indev, outdev, okfn, thresh) \ ({int __ret; \ if ((__ret=nf_hook_thresh(pf, hook, (skb), indev, outdev, okfn, thresh, )) == )\ __ret = (okfn)(skb); \ __ret;}) #endif
可见,协议栈是在将ip报文向上一层的协议处理层上送报文的时刻,调用netfilter的hook函数的,可见若系统没有配置netfilter,NF_HOOK实际将直接调用协议扎自身的上送函数,反之若配置了netfilter,则先经过netfilter处理之后再根据结果做区分处理。
Nf_hook_thresh()的实现又做了进一步区分实现,如下
#ifdef CONFIG_NETFILTER static inline int nf_hook_thresh(u_int8_t pf, unsigned int hook, struct sk_buff *skb, struct net_device *indev, struct net_device *outdev, int (*okfn)(struct sk_buff *), int thresh, int cond) { if (!cond) return ; #ifndef CONFIG_NETFILTER_DEBUG if (list_empty(&nf_hooks[pf][hook])) return ; #endif return nf_hook_slow(pf, hook, skb, indev, outdev, okfn, thresh); } #else static inline int nf_hook_thresh(u_int8_t pf, unsigned int hook, struct sk_buff *skb, struct net_device *indev, struct net_device *outdev, int (*okfn)(struct sk_buff *), int thresh, int cond) { return okfn(skb); } #endif
可见最终在netfilter系统中,hook调用的入口是nf_hook_slow,其实现很直观,如下
/* Returns 1 if okfn() needs to be executed by the caller, * -EPERM for NF_DROP, 0 otherwise. */ int nf_hook_slow(u_int8_t pf, unsigned int hook, struct sk_buff *skb, struct net_device *indev, struct net_device *outdev, int (*okfn)(struct sk_buff *), int hook_thresh) { struct list_head *elem; unsigned int verdict; int ret = ; /* We may already have this, but read-locks nest anyway */ rcu_read_lock(); elem = &nf_hooks[pf][hook]; // pf -> NFPROTO_IPV4, NFPROTO_ARP,NFPROTO_BRIDGE,PF_INET etc next_hook: // hook -> 0~7 verdict = nf_iterate(&nf_hooks[pf][hook], skb, hook, indev, outdev, &elem, okfn, hook_thresh); if (verdict == NF_ACCEPT || verdict == NF_STOP) { ret = ; } else if (verdict == NF_DROP) { kfree_skb(skb); ret = -EPERM; } else if ((verdict & NF_VERDICT_MASK) == NF_QUEUE) { if (!nf_queue(skb, elem, pf, hook, indev, outdev, okfn, verdict >> NF_VERDICT_BITS)) goto next_hook; } rcu_read_unlock(); return ret; }
基本流程就是利用pf/hook在nf_hooks[][]中找到前期注册的hook,然后遍历调用hook中各个处理函数,根据hook处理函数返回结果,对当前报文做区分处理。其实按优先级进行遍历,不体现在调用的地方,而是在注册的地方,调用既是按照优先级排序好的顺序依次调用各个函数而已。nf_iterate()函数实现如下
unsigned int nf_iterate(struct list_head *head, struct sk_buff *skb, unsigned int hook, const struct net_device *indev, const struct net_device *outdev, struct list_head **i, int (*okfn)(struct sk_buff *), int hook_thresh) { unsigned int verdict; /* * The caller must not block between calls to this * function because of risk of continuing from deleted element. */ list_for_each_continue_rcu(*i, head) { struct nf_hook_ops *elem = (struct nf_hook_ops *)*i; if (hook_thresh > elem->priority) continue; /* Optimization: we don't need to hold module reference here, since function can't sleep. --RR */ verdict = elem->hook(hook, skb, indev, outdev, okfn); if (verdict != NF_ACCEPT) { #ifdef CONFIG_NETFILTER_DEBUG if (unlikely((verdict & NF_VERDICT_MASK) > NF_MAX_VERDICT)) { NFDEBUG("Evil return from %p(%u).\n", elem->hook, hook); continue; } #endif if (verdict != NF_REPEAT) return verdict; *i = (*i)->prev; } } return NF_ACCEPT; }
注意红色部分,可以看出,仅当是每一个规则返回结果为NF_ACCEPT时,才继续处理本类型hook中下一个优先级的;若本次的hook函数返回NF_REPEAT,则将当前packet的在本次hook函数上再执行依次;其他情况直接返回hook函数执行结果。
Nf_iterate()返回到nf_hook_slow()函数之后,nf_hook_slow即根据执行结果,做区分处理, 若是ACCEPT或STOP,本packet在netfilter处理过程完毕,后续继续调用packet上报函数
若是DROP,本packet将被释放丢弃,不再调用packet上报函数
若包含QUEUE,则将packet送入当前chain对应的队列中,再做对应的处理,在iptables的命令帮助中,说明如下
QUEUE means to pass the packet to userspace. (How the packet can be received by a userspace process differs by the particular queue handler. 2.4.x and 2.6.x kernels up to 2.6.13 include the ip_queue queue handler. Kernels 2.6.14 and later additionally include the nfnetlink_queue queue handler. Packets with a target of QUEUE will be sent to queue number '0' in this case. Please also see the NFQUEUE target as described later in this man page.)
基本的报文处理流程既是如上面所述,接下来是具体过滤处理实现流程,以决定对应对packet的处理结果,以IPv4报文入方向过滤处理为例,具体既是
static struct nf_hook_ops ipt_ops[] __read_mostly = { { .hook = ipt_local_in_hook, .owner = THIS_MODULE, .pf = PF_INET, .hooknum = NF_INET_LOCAL_IN, .priority = NF_IP_PRI_FILTER, } ... };
即ipt_local_in_hook函数,其实现既将报文针对之前添加的规则,与packet做匹配检查,并返回预先设置的结果。
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