struct sockaddr_nl 结构体由来、含义以及使用——获取Linux路由表

╰半橙微兮° 2022-08-05 14:18 5阅读 0赞

Linux 用户态与内核态的交互  
在 Linux 2.4 版以后版本的内核中，几乎全部的中断过程与用户态进程的通信都是使用 netlink 套接字实现的，例如iprote2网络管理工具，它与内核的交互就全部使用了netlink，著名的内核包过滤框架Netfilter在与用户空间的通 读，也在最新版本中改变为netlink，无疑，它将是Linux用户态与内核态交流的主要方法之一。它的通信依据是一个对应于进程的标识，一般定为该进 程的 ID。当通信的一端处于中断过程时，该标识为 0。当使用 netlink 套接字进行通信，通信的双方都是用户态进程，则使用方法类似于消息队列。但通信双方有一端是中断过程，使用方法则不同。netlink 套接字的最大特点是对中断过程的支持，它在内核空间接收用户空间数据时不再需要用户自行启动一个内核线程，而是通过另一个软中断调用用户事先指定的接收函 数。  
《UNIX Network Programming Volume 1 - 3rd Edition》第18章  
讲到BSD UNIX系统中routing socket的应用，这种套接字是按下面方式生成的：  
rt\_socket = socket(AF\_ROUTE, SOCK\_RAW, 0);  
然 后就可以用它跟内核交互，进行网络环境管理的操作，如读取/设置/删除路由表信息，更改网关等等，但书中所列代码只在4.3BSD及以后版本的原始 UNIX系统下可用，Linux虽然实现了AF\_ROUTE族套接字，但用法却完全不同。由于网上这方面知识的资料想对匮乏，现对Linux下 routing socket的使用做一介绍。  
由于我现在在Magic Linux1.0下工作，所以以下的讲解全部基于2.4.10内核。Linux从v2.2开始引入这一机制，因此可以肯定从v2.2到v2.4的内核都是适用的，更新的v2.6我没有试过。  
  
Linux下虽然也有AF\_ROUTE族套接字，但是这个定义只是个别名，请看  
/usr/include/linux/socket.h, line 145:  
\#define AF\_ROUTE AF\_NETLINK /\* Alias to emulate 4.4BSD \*/  
可 见在Linux内核当中真正实现routing socket的是AF\_NETLINK族套接字。AF\_NETLINK族套接字像一个连接用户空间和内核的双工管道，通过它，用户进程可以修改内核运行参 数、读取和设置路由信息、控制特定网卡的up/down状态等等，可以说是一个管理网络资源的绝佳途径。  
  
1 生成所需套接字，并绑定一个sockaddr结构  
  
先来看如何生成一个AF\_NETLINK族套接字：  
sockfd = socket(AF\_NETLINK, socket\_type, netlink\_faimly);  
这里socket\_type可选SOCK\_DGRAM或SOCK\_RAW；因为AF\_NETLINK族是面向数据报的套接字，所以不能使用SOCK\_STREAM。  
netlink\_family指定要和内核中的哪个子系统进行交互，目前支持：  
NETLINK\_ROUTE 与路由信息相关，包括查询、设置和删除路由表中的条目等。待会儿我们将以这类family举个实际的例子；  
NETLINK\_FIREWALL 接收由IPv4防火墙代码发送的包；  
NETLINK\_ARPD 可以在用户空间进行arp缓存的管理；  
NETLINK\_ROUTE6 在用户空间发送和接收路由表信息更新；  
还有几种虽然没有实现，但已经有了定义，为以后扩展做好了准备。  
  
接下来要给该套接字绑定一个sockaddr结构，实际上是一个sockaddr\_nl结构：  
struct sockaddr\_nl \{  
sa\_family\_t nl\_family; /\*AF\_NETLINK\*/  
unsigned short nl\_pad; /\* 0 \*/  
pid\_t nl\_pid; /\* 进程pid \*/  
u\_32 nl\_groups; /\* 多播组掩码\*/  
\}nl;  
这个结构一般按照注释填好就可以了，nl\_groups我也不知道怎么用，一般填零了，表示没有多播。绑定：  
bind(sockfd, (struct sockaddr\*) &nl, sizeof(nl));  
  
2 填充所需数据结构，并通过sendmsg()/send()等函数写到套接字里去  
  
到 此为止，与内核通信的准备工作就完成了，下面要做的工作是，选取适当的数据结构进行填充，并作为sendmsg()的参数发送出去，并recv()收到的 消息。这个数据结构就是nlmsghdr，它只是一个信息头，后面可以接任意长的数据，这些数据实际上又是针对某一需求所采用的特定数据结构。先来看 nlmsghdr：  
struct nlmsghdr \{  
\_u32 nlmsg\_len; /\* Length of msg including header \*/  
\_u32 nlmsg\_type; /\* 操作命令 \*/  
\_u16 nlmsg\_flags; /\* various flags \*/  
\_u32 nlmsg\_seq; /\* Sequence number \*/  
\_u32 nlmsg\_pid; /\* 进程PID \*/  
\};  
/\* 紧跟着是实际要发送的数据，长度可以任意 \*/  
  
nlmsg\_type 决定这次要执行的操作，如查询当前路由表信息，所使用的就是RTM\_GETROUTE。标准nlmsg\_type包括：NLMSG\_NOOP, NLMSG\_DONE, NLMSG\_ERROR等。根据采用的nlmsg\_type不同，还要选取不同的数据结构来填充到nlmsghdr后面：  
操作 数据结构  
RTM\_NEWLINK ifinfomsg  
RTM\_DELLINK  
RTM\_GETLINK  
RTM\_NEWADDR ifaddrmsg  
RTM\_DELADDR  
RTM\_GETADDR  
RTM\_NEWROUTE rtmsg  
RTM\_DELROUTE  
RTM\_GETROUTE  
RTM\_NEWNEIGH ndmsg/nda\_chcheinfo  
RTM\_DELNEIGH  
RTM\_GETNEIGH  
RTM\_NEWRULE rtmsg  
RTM\_DELRULE  
RTM\_GETRULE  
RTM\_NEWQDISC tcmsg  
RTM\_DELQDISC  
RTM\_GETQDISC  
RTM\_NEWTCLASS tcmsg  
RTM\_DELTCLASS  
RTM\_GETTCLASS  
RTM\_NEWTFILTER tcmsg  
RTM\_DELTFILTER  
RTM\_GETTFILTER  
由于情形众多，我从现在开始将用一个特定的例子来说明问题。我们的目的是从内核读取IPV4路由表信息。从上面表看，nlmsg\_type一定使用RTM\_xxxROUTE操作，对应的数据结构是rtmsg。既然是读取，那么应该是RTM\_GETROUTE了。  
struct rtmsg \{  
unsigned char rtm\_family; /\* 路由表地址族 \*/  
unsigned char rtm\_dst\_len; /\* 目的长度 \*/  
unsigned char rtm\_src\_len; /\* 源长度 \*/ (2.4.10头文件的注释标反了？)  
unsigned char rtm\_tos; /\* TOS \*/  
  
unsigned char rtm\_table; /\* 路由表选取 \*/  
unsigned char rtm\_protocol; /\* 路由协议 \*/  
unsigned char rtm\_scope;  
unsigned char rtm\_type;  
  
unsigned int rtm\_flags;  
\};  
对于RTM\_GETROUTE操作来说，我们只需指定两个成员：rtm\_family:AF\_INET, rtm\_table: RT\_TABLE\_MAIN。其他成员都初始化为0即可。将这个结构体跟nlmsghdr结合起来，得到我们自己的新结构体：  
struct \{  
struct nlmsghdr nl;  
struct rtmsg rt;  
\}req;  
填充好rt结构之后，还要调整nl结构相应成员的值。Linux定义了多个宏来处理nlmsghdr成员的值，我们这里用到的是NLMSG\_LENGTH(size\_t len);  
req.nl.nlmsg\_len = NLMSG\_LENGTH(sizeof(struct rtmsg));  
这将计算nlmsghdr长度与rtmsg长度的和（其中包括了将rtmsg进行4字节边界对齐的调整），并存储到nlmsghdr的nlmsg\_len成员中。接下来要做的就是将这个新结构体req放到sendmsg()函数的msghdr.iov处，并调用函数。  
sendmsg(sockfd, &msg, 0);  
  
3 接收数据，并进行分析  
  
接下来的操作是recv()操作，从该套接字读取内核返回的数据，并进行分析处理。  
recv(sockfd, p, sizeof(buf) - nll, 0);  
其中p是指向一个缓冲区buf的指针，nll是已接收到的nlmsghdr数据的长度。  
由于内核返回信息是一个字节流，需要调用者检查消息结尾。这是通过检查返回的nlmsghdr的nlmsg\_type是否等于NLMSG\_DONE来完成的。返回的数据格式如下：  
\-----------------------------------------------------------  
| nlmsghdr+route entry | nlmsghdr+route entry | .........  
\-----------------------------------------------------------  
| 解出route entry  
V  
\-----------------------------------------------------------  
| dst\_addr | gateway | Output interface| ...............  
\-----------------------------------------------------------  
可 以看出，返回消息由多个(nlmsghdr + route entry)组成，当某个nlmsghdr的nlmsg\_type == NLMSG\_DONE时就表示信息输出已经完毕。而每一个route entry由多个rtattr结构体组成，每个结构体表示该路由项的某个属性，如目的地址，网关等等。根据这个示意图我们就能够轻松解析需要的数据了。

原文：

http://www.douban.com/note/29453304/