Linux操作系统内核ARP的设计实现概述

文章作者 100test 发表时间 2007:03:14 16:43:33
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ARP (Address Resolution Protocol) 是用来将IP地址转化成机器的网卡物理地址（硬件地址）。当一台机器要向另外一台物理上相连的机器发送IP包的时候，它要先检查一下自己的ARP缓存，试图找到对方的硬件地址，如果找不到的话，将要发送的IP包放入等待队列中，接着发出一个ARP请求。等到收到ARP应答的时候，构造好原来正在等待的IP包的ethernet头部（目的硬件地址，源硬件地址），再将这个IP包发送出去。

Linux的ARP实现相当复杂，部分原因是Linux不止要支持ethernet，还要支持其它类型的网络，另外一部分原因是ARP的实现实际上是和路由处理（routing）相关，所以理解起来不太容易。

首先我要讲一下ARP函数的调用过程：

(1) 当系统初始化时，调用arp_init来初始化ARP缓存（arp_tbl），并且注册ARP协议的接收函数。

(2) 当网卡驱动程序收到一个网络包（packet）的时候，会分配一个sk_buff(skb)，将数据拷贝进这个缓冲区，然后调用netif_rx把skb放入等待队列（input_pkt_queue）中，并且产生一个软中断。当系统处理这个软中断的时候，会调用net_rx_action，它根据网络包的类型，调用相应的接收函数来处理。如果是ARP包，则调用arp_rcv。

(3)arp_rcv判断这个arp请求是不是询问本机或者本机代理的硬件地址，如果是的话，调用arp_send发回arp应答。另外arp_rcv还尽量保留对方机器的mac addres。

(4) arp_send分配一个sk_buff(skb)，填好arp包的类型，源硬件地址，源IP地址，目的硬件地址，目的IP地址，然后调用dev_queue_xmit这个arp包发送出去。

其次，描述一下ARP主要的数据结构：

(1) neigh_table

neigh_table是一个用来描述物理上互相连接的机器的信息的哈希表，ARP缓存arp_tbl 就是这样的一个neigh_table。系统中所有的neigh_table都连在一起。下面是一些主要的域： struct neighbour *hash_buckets[NEIGH_HASHMASK 1]. hash_buckets存放着所有邻居（物理上相连的机器）的信息，共有32个bucket，每一个bucket存放着一条neighbor链表。

struct pneigh_entry *phash_buckets[PNEIGH_HASHMASK 1].phash_buckets存放着所有proxy arp的entry，每一个entry由网卡设备和ip地址组成，指明由哪个网卡设备代理哪个ip的mac地址。共有16个bucket. int family.

网络类型，为AF_INET

int entry_size. 大小为sizeof(struct neighbour) 4

int key_len. 键的长度，为4

__u32 (*hash)(const void *pkey, const struct net_device *). int (*constructor)(struct neighbour *). int (*pconstructor)(struct pneigh_entry *).

这几个分别是ARP的哈希函数，neighbour和pneigh_entry的构造函数，

struct neigh_parms parms.