netfilter源码学习(4)——NAT处理(1)

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在前面的netfilter源码学习中，我学习了netfilter的基本框架，其这部分代码看起来还是比较简单的。后来在zhangyd6这位朋友的提示下，想起自己居然遗漏了netfilter作为防火墙的主要功能NAT。这部分代码应该还比较有意思。今天开始看这部分代码。

注：tuple即为五元组，源地址，目的地址，源端口，目的端口，和协议。

NAT规则的源代码位于net/ipv4/netfilter/nf_nat_rule.c中。在函数nf_nat_rule_init注册了两个NAT的target。

    ret = xt_register_target(&ipt_snat_reg);
    if (ret != 0)
        goto unregister_table;

    ret = xt_register_target(&ipt_dnat_reg);
    if (ret != 0)
        goto unregister_snat;

以ipt_snat_reg为例：

static struct xt_target ipt_snat_reg __read_mostly = {
    .name        = "SNAT",
    .target        = ipt_snat_target, //SNAT target的执行函数
    .targetsize    = sizeof(struct nf_nat_multi_range_compat),
    .table        = "nat",
    .hooks        = (1 << NF_INET_POST_ROUTING) | (1 << NF_INET_LOCAL_IN),
    .checkentry    = ipt_snat_checkentry, //添加SNAT规则的检查函数
    .family        = AF_INET,
};

先看简单的ipt_snat_checkentry

static int ipt_snat_checkentry(const struct xt_tgchk_param *par)
{
    /*
    这个为NAT的范围，即IP，port等。虽然该结构体的名字为multi，但是目前只支持一个range
    该结构体的含义看其定义很明显，这里就说明了
    */
    const struct nf_nat_multi_range_compat *mr = par->targinfo;

     

     //只支持一个范围。

    /* Must be a valid range */
    if (mr->rangesize != 1) {
        pr_info("SNAT: multiple ranges no longer supported\n");
        return -EINVAL;
    }
    return 0;
}

Ok，那么下面进入关键的函数ipt_snat_target

static unsigned int
ipt_snat_target(struct sk_buff *skb, const struct xt_action_param *par)
{
    struct nf_conn *ct;
    enum ip_conntrack_info ctinfo;
    const struct nf_nat_multi_range_compat *mr = par->targinfo;

     /* SNAT只能应用于POST_ROUTING和LOCAL IN */

    NF_CT_ASSERT(par->hooknum == NF_INET_POST_ROUTING ||
             par->hooknum == NF_INET_LOCAL_IN);

     /* 

     得到conn track的信息，conn track为netfilter的一个基础。留在以后学习。

     目前我们只需要知道netfilter保存了数据包的连接信息。

     */

    ct = nf_ct_get(skb, &ctinfo);

    /* Connection must be valid and new. */
    /*
    这里对conn进行了验证。
    要做SNAT，必须是新建的连接——很明显的道理。
    但是有的7层应用，可能需要多条相关的conn，这时就需要IP_CT_RELATED。
    */
    NF_CT_ASSERT(ct && (ctinfo == IP_CT_NEW || ctinfo == IP_CT_RELATED ||
                ctinfo == IP_CT_RELATED   IP_CT_IS_REPLY));
    NF_CT_ASSERT(par->out != NULL);

    return nf_nat_setup_info(ct, &mr->range[0], IP_NAT_MANIP_SRC);
}

进入nf_nat_setup_inifo

unsigned int
nf_nat_setup_info(struct nf_conn *ct,
          const struct nf_nat_range *range,
          enum nf_nat_manip_type maniptype)
{
    struct net *net = nf_ct_net(ct);
    struct nf_conntrack_tuple curr_tuple, new_tuple;
    struct nf_conn_nat *nat;
    int have_to_hash = !(ct->status & IPS_NAT_DONE_MASK);

    /* nat helper or nfctnetlink also setup binding */
    /*
    对于netfilter的nf_conn，其使用一个struct nf_ct_ext的结构来保存各种extension信息，如NAT。
    这里尝试从ct中获得nat。
    注意ct中可以保存多个extension
    */
    nat = nfct_nat(ct);
    if (!nat) {
        /*
        没有NAT的extension信息，那么就申请一个extension结构并保存在ct中
        */
        nat = nf_ct_ext_add(ct, NF_CT_EXT_NAT, GFP_ATOMIC);
        if (nat == NULL) {
            pr_debug("failed to add NAT extension\n");
            return NF_ACCEPT;
        }
    }

    NF_CT_ASSERT(maniptype == IP_NAT_MANIP_SRC ||
             maniptype == IP_NAT_MANIP_DST);
    BUG_ON(nf_nat_initialized(ct, maniptype));

    /* What we've got will look like inverse of reply. Normally
       this is what is in the conntrack, except for prior
       manipulations (future optimization: if num_manips == 0,
       orig_tp =
       conntrack->tuplehash[IP_CT_DIR_ORIGINAL].tuple) */
    /*
    这里要注意一点：通过reply方向的tuple信息，来得到当前的tuple信息，即发送方向的tuple。
    那么为什么不直接使用ct的IP_CT_DIR_ORIGINAL的tuple信息呢。
    根据上面的注释所说，一般情况下可以使用ORIGINAL方向的tuple信息。但是如果num_manips不为0，
    那么original方向的tuple信息就不能使用。因为original的信息被修改了？？
    */
    nf_ct_invert_tuplepr(&curr_tuple,
                 &ct->tuplehash[IP_CT_DIR_REPLY].tuple);

     /* 

     得到SNAT后的tuple。get_unique_tuple留在后面学习。

     */

    get_unique_tuple(&new_tuple, &curr_tuple, range, ct, maniptype);

    if (!nf_ct_tuple_equal(&new_tuple, &curr_tuple)) {
        /* SNAT后的tuple与之前的tuple不等，即tuple发生了变化 */
        struct nf_conntrack_tuple reply;

        /* Alter conntrack table so will recognize replies. */
        /* tuple变化了，所以需要更新conntrack中的REPLY方向的tuple */
        nf_ct_invert_tuplepr(&reply, &new_tuple);
        nf_conntrack_alter_reply(ct, &reply);

        /* Non-atomic: we own this at the moment. */
        if (maniptype == IP_NAT_MANIP_SRC)
            ct->status |= IPS_SRC_NAT;
        else
            ct->status |= IPS_DST_NAT;
    }

    /* Place in source hash if this is the first time. */
    /*
    如注释所说，第一次做NAT时将，ORIGINAL方向的tuple加入到hash表中。
    虽然这里只是将tuple加入到hash表中，但是实际上我们可以从tuple得到conntrack结构。
    不知道以后会不会有这样的操作？
    */
    if (have_to_hash) {
        unsigned int srchash;

        srchash = hash_by_src(net, nf_ct_zone(ct),
                      &ct->tuplehash[IP_CT_DIR_ORIGINAL].tuple);
        spin_lock_bh(&nf_nat_lock);
        /* nf_conntrack_alter_reply might re-allocate exntension aera */
        nat = nfct_nat(ct);
        nat->ct = ct;
        hlist_add_head_rcu(&nat->bysource,
                   &net->ipv4.nat_bysource[srchash]);
        spin_unlock_bh(&nf_nat_lock);
    }

    /* It's done. */
    if (maniptype == IP_NAT_MANIP_DST)
        set_bit(IPS_DST_NAT_DONE_BIT, &ct->status);
    else
        set_bit(IPS_SRC_NAT_DONE_BIT, &ct->status);

    return NF_ACCEPT;
}

明天再看get_unique_tuple，另外，似乎不把conn track搞定，看这部分代码会有困惑。我来看看conn track，决定先研究一下哪个