ip conntrack 基本原理与实现

小灰灰 2022-10-30 15:28 170阅读 0赞

连接跟踪（connection tracking，conntrack，CT），连接跟踪是许多网络应用的基础。例如，Kubernetes Service、 四层 LVS/IPVS、Docker network、OVS、iptables 主机防火墙等等。可以理解跟踪（并记录）连接的状态。

>  *  从数据包中提取信息，数据流（flow）和对应的连接（conn）
>  *  为连接维护一个状态表（conntrack table），例如连接的创建时间、发送包数、发送字节数等
>  *  回收过期连接
>  *  为更上层（例如 NAT）提供服务

### 结构体 nf\_conntrack\_tuple ###

一个 nf\_conntrack\_tuple 定义一个单向 flow，整体看，分为 src 和 dst，源和目的信息。其定义在文件 include/net/netfilter/nf\_conntrack\_tuple.h，对于结构体 nf\_conntrack\_man\_proto 定义支持协议包括，TCP UDP ICMP DCCP SCTP GRE

/* This contains the information to distinguish a connection. */
    struct nf_conntrack_tuple
    {
    	struct nf_conntrack_man src;
    
    	/* These are the parts of the tuple which are fixed. */
    	struct {
    		union nf_inet_addr u3;
    		......
    
    		/* The protocol. */
    		u_int8_t protonum;
    
    		/* The direction (for tuplehash) */
    		u_int8_t dir;
    	} dst;
    };

### 结构体 nf\_conn ###

Netfilter 中每个 flow 都称为一个 connection， tuplehash 为连接跟踪 nf\_conntrack\_tuple 的 hash，分入和出两个方向

struct nf_conn {
    	/* Usage count in here is 1 for hash table/destruct timer, 1 per skb,
               plus 1 for any connection(s) we are `master' for */
    	struct nf_conntrack ct_general;
    
    	spinlock_t lock;
    
    	/* XXX should I move this to the tail ? - Y.K */
    	/* These are my tuples; original and reply */
    	struct nf_conntrack_tuple_hash tuplehash[IP_CT_DIR_MAX];
    
    	/* Have we seen traffic both ways yet? (bitset) */
    	unsigned long status;
    
    	/* If we were expected by an expectation, this will be it */
    	struct nf_conn *master;
    
    	/* Timer function; drops refcnt when it goes off. */
    	struct timer_list timeout;
    
    #if defined(CONFIG_NF_CONNTRACK_MARK)
    	u_int32_t mark;
    #endif
    
    #ifdef CONFIG_NF_CONNTRACK_SECMARK
    	u_int32_t secmark;
    #endif
    
    	/* Storage reserved for other modules: */
    	union nf_conntrack_proto proto;
    
    	/* Extensions */
    	struct nf_ct_ext *ext;
    #ifdef CONFIG_NET_NS
    	struct net *ct_net;
    #endif
    };

## 入口模块加载 ##

定义文件 net/netfilter/nf\_conntrack\_standalone.c

> module\_init(nf\_conntrack\_standalone\_init);
> 
> module\_exit(nf\_conntrack\_standalone\_fini);

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# 1.  初始化函数 nf\_conntrack\_net\_init #

# 2.  函数 ipv4\_conntrack\_in #

ipv4\_conntrack\_in 主要完成的工作就是判断数据包是否已在连接跟踪表中，如果不在，则为数据包实例化并初始化 ip\_conntrack，为这个数据包设置连接状态。

如果之前已经有记录跟踪则直接 ACCEPT

unsigned int
    nf_conntrack_in(struct net *net, u_int8_t pf, unsigned int hooknum,
    		struct sk_buff *skb)

###   2.1 resolve\_normal\_ct 核心函数 ###

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