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分类： 嵌入式
2014-10-10 19:48:46
sk_buff结构的成员skb->head指向一个已分配的空间的头部，即申请到的整个缓冲区的头，skb->end指向该空间的尾部，这两个成员指针从空间创建之后，就不能被修改。skb->data指向分配空间中数据的头部，skb->tail指向数据的尾部，这两个值随着网络数据在各层之间的传递、修改，会被不断改动。刚开始接触skb_buf的时候会产生一种错误的认识，就是以为协议头都会是放在skb->head和skb->data这两个指针之间，但实际上skb_buf的操作函数都无法直接对这一段内存进行操作，所有的操作函数所做的就仅仅是修改skb->data和skb->tail这两个指针而已，向套接字缓冲区拷贝数据也是由其它函数来完成的，所以不管是从网卡接受的数据还是上层发下来的数据，协议头都是被放在了skb->data到skb->tail之间，通过skb_push前移skb->data加入协议头，通过skb_pull后移skb->data剥离协议头。四个指针间存在如下关系：
sk_buff结构被不同的网络层（MAC或者其他二层链路协议，三层的IP，四层的TCP或UDP等）使用，并且其中的成员变量（一般是数据指针）在结构从一层向另一层传递时改变。L4向L3传递前会添加一个L4的头部，同样，L3向L2传递前，会添加一个L3的头部。添加头部比在不同层之间拷贝数据的效率更高。由于在缓冲区的头部添加数据意味着要修改指向缓冲区的指针，这是个复杂的操作，所以内核提供了一个函数skb_reserve将数据部分往后移。协议栈中的每一层在往下一层传递缓冲区前，第一件事就是调用skb_reserve在缓冲区的头部给协议头预留一定的空间，再用skb_push函数将协议头查到skb->data指针之前。
skb_reserve同样被设备驱动使用来对齐接收到包的包头。如果缓冲区向上层协议传递，旧的协议层的头部信息就没什么用了。例如，L2的头部只有在网络驱动处理L2的协议时有用，L3是不会关心它的信息的。但是，内核并没有把L2的头部从缓冲区中删除，而是用sk_buff结构中对应的头指针指向这个头，再把有效荷载的指针指向L3的头部，这样做，可以节省CPU时间。当接收一个包时，处理n层协议头的函数从n-1层收到一个缓冲区，因为在n-1层处理的最后，skb->data是指向n-1层的数据开始指针，所以到了n层后skb->data就是指向n层协议的头。处理n层协议的函数把本层的指针(例如，L3对应的是skb- >nh指针)初始化为skb->data，取出本层的协议头指针，在处理n层协议的函数结束时，在把包传递给n+1层的处理函数前，它会把skb->data指针指向n层协议头的末尾，这正好是n+1层协议的协议头(参见下图)。
skb_buf在各个网络层传输过程。
在网络数据发送过程中，由netdev_alloc_skb申请得到套接字缓冲区后，skb_reserve将整个数据块往后移动MAX_TCP_HEADER个字节，预留出skb中协议头的最大长度，确保在套接字从上层不断往下层传递的过程中，有足够的协议头空间。在数据每传到一个网络层的时候，通过skb_push函数前移skb->data将协议头插入数据区，一直到链路层将所有层的协议头加入到套接字中，skb_push函数就是用来前移skb->data，在数据头部插入协议头的。最后由驱动程序把数据（skb->data到skb->tail之间部分）发给网卡，释放掉套接字缓存，网卡负责把数据发到网络上。发送中加协议头的方式如下图：
在网络数据接收过程中，网卡收到数据触发中断，驱动程序响应中断接收网卡缓存中数据，因为网卡中以太网帧头的长度为14个字节，而紧接着的IP协议头需要在16字节对齐的边界上，所以在申请到套接字缓存后，用skb_reserve函数先预留出2字节的空间，确保IP协议头的16字节对齐。刚申请到的套接字缓存，其sbk_buf的skb->data和skb->tail指向同一地址，是没有数据的，用skb_put函数将skb->tail往后拉数据包长度个字节空间，通过返回的原skb->tail地址，把网络数据从网卡中拷贝到套接字缓存里，skb_put函数就是在skb->tail和skb->end之间加数据。接着将数据往上层发送，在每一层中用skb_pull函数或者移动skb->data指针的方式，将各个层对应的协议头从数据中剥离开来，一直到最上面的应用层，剩下真正的从其他机器发过来的有用数据。
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