netlink 套接字

參考文檔：

https://www.linuxjournal.com/article/7356  Linux Journey: Why and how to use Netlink socket

https://www.linuxjournal.com/article/8498?page=0,1

 

用戶空間與內核通信的幾種方法：

* system call

* procfs(/proc文件系統)

* sysctl(/proc/sys目錄)

* sysfs(/sys文件系統)

* ioctl 系統調用

* netlink套接字(RFC 3549) net/netlink目錄

    - af_netlink.c

    - af_netlink.h

   - genetlink.c

   - diag.c

 

af_netlink 模塊提供了內核態API

genetlink 模塊提供了更新的 內核API， 更容易發送數據信息

diag 模塊提供了netlink接口監控信息

 

 

一、用戶態netlink API

用戶態的netlink庫有兩個：

http://www.infradead.org/~tgr/libnl/    功能較全

http://netfilter.org/projects/libmnl/     mini的libnetlink 庫

 

以下流程用來對網絡環境進行修改：

step 1. 打開套接字

step 2. 在本地 bind 套接字

step 3. 發送消息到目的地

step 4. 在目的地接收消息

step 5. 關閉套接字

 

/* 添加頭文件 */
#include <bits/sockaddr.h>
#include <asm/types.h>
#include <linux/rtnetlink.h>
#include <sys/socket.h>

 

1. 創建socket

netlink套接字調用原型 include/linux/netlink.h 

#include <sys/socket.h>
#include <linux/netlink.h>

int socket(int domain, int type, int protocol);

第一個參數 doamin 表示什么樣的套接字類型，使用RTNETLINK， 使用AF_NETLINK

第二個參數 type 表示什么方法 RAW 或 DGRAM ，對於RTNETLINK 都可以使用

第三個參數 protocol ， 為了修改路由表，我們使用NETLINK_ROUTE

如果成功，返回一個正數整形

如果失敗，返回一個負數

 

從用戶態創建socket

/* 示例代碼 */
int sock_fd;
sock_fd = socket(AF_NETLINK, SOCK_RAW, NETLINK_ROUTE);

 

2. bind

int bind(sock_fd, (struct sockaddr*)&src_addr, sizeof(src_addr));

第一個參數是 socket創建的點

第二個參數 struct sockaddr* 是本地地址，結構如下：

數據結構 sockaddr_nl 表示一個netlink套接字地址 include/uapi/linux/netlink.h 

struct sockaddr_nl {
    __kernel_sa_family_t    nl_family;     /* AF_NETLINK    */
    unsigned short    nl_pad;              /* zero        */
    __u32        nl_pid;                   /* port ID    */
    __u32        nl_groups;                /* multicast groups mask */
};

nl_family 總是 AF_NETLINK

nl_pad 總是為0

nl_pid 

   當地址是內核套接字時，值為0

   用戶空間程序會將nl_pid的值設為他們的進程ID

nl_groups： 組播值為0表示單播，值從0-31

 

bind 函數成功，返回0，失敗返回負數

/* 示例代碼 */
int rtn;
struct sockaddr_nl la; ... bzero(&la, sizeof(la)); la.nl_family = AF_NETLINK; la.nl_pad = 0; la.nl_pid = getpid(); la.nl_groups = 0; rtn = bind(fd, (struct sockaddr*) &la, sizeof(la));

 

libnetlink中代碼： libnetlink.c 中rtnl_open函數解析

#include <asm/types.h>
#include <libnetlink.h>
#include <linux/netlink.h>
#include <linux/rtnetlink.h>

// 打開rtnetlink接口，將handle信息保存在rth結構中
int rtnl_open(struct rtnl_handle *rth, unsigned subscriptions)
成功返回0，失敗返回-1

 

 

// 定義在頭文件 libnetlink.h 
struct rtnl_handle {
    int            fd;    // 套接字描述符
    struct sockaddr_nl    local;  // 本地地址
    struct sockaddr_nl    peer;   // 目的地址
    __u32            seq;         // 序列號
    __u32            dump;        
    int                proto;     // 協議
    FILE            *dump_fp;
    int            flags;         // 標志字段
};

 

 

// libnetlink.c
// 成功返回0， 失敗返回-1
int rtnl_open(struct rtnl_handle *rth, unsigned int subscriptions)
{
    return rtnl_open_byproto(rth, subscriptions, NETLINK_ROUTE);
}

 

 

// libnetlink.c 頭文件中rtnl_open_byproto函數
// 成功返回0， 失敗返回-1
int rtnl_open_byproto(struct rtnl_handle *rth, unsigned int subscriptions,
              int protocol)
{
    socklen_t addr_len;
    int sndbuf = 32768;
    int one = 1;

　　 // 第一步：初值
    memset(rth, 0, sizeof(*rth)); 

    // 第二上：填充rth結構
    rth->proto = protocol;  // 協議為NETLINK_ROUTE
    
    // 第三步：打開套接字接口  
    rth->fd = socket(AF_NETLINK, SOCK_RAW | SOCK_CLOEXEC, protocol); // 調用socket函數
    if (rth->fd < 0) {
        perror("Cannot open netlink socket");
        return -1;
    }

    if (setsockopt(rth->fd, SOL_SOCKET, SO_SNDBUF,
               &sndbuf, sizeof(sndbuf)) < 0) {
        perror("SO_SNDBUF");
        return -1;
    }

    if (setsockopt(rth->fd, SOL_SOCKET, SO_RCVBUF,
               &rcvbuf, sizeof(rcvbuf)) < 0) {
        perror("SO_RCVBUF");
        return -1;
    }

    /* Older kernels may no support extended ACK reporting */
    setsockopt(rth->fd, SOL_NETLINK, NETLINK_EXT_ACK,
           &one, sizeof(one));

    // 將本地地址初始化為0 && 初值
    memset(&rth->local, 0, sizeof(rth->local));
    rth->local.nl_family = AF_NETLINK;
    rth->local.nl_groups = subscriptions;

　　// 調用bind
    if (bind(rth->fd, (struct sockaddr *)&rth->local,
         sizeof(rth->local)) < 0) {
        perror("Cannot bind netlink socket");
        return -1;
    }
    addr_len = sizeof(rth->local);
    if (getsockname(rth->fd, (struct sockaddr *)&rth->local,
            &addr_len) < 0) {
        perror("Cannot getsockname");
        return -1;
    }
    if (addr_len != sizeof(rth->local)) {
        fprintf(stderr, "Wrong address length %d\n", addr_len);
        return -1;
    }
    if (rth->local.nl_family != AF_NETLINK) {
        fprintf(stderr, "Wrong address family %d\n",
            rth->local.nl_family);
        return -1;
    }
    // 序列號為當前時間
    rth->seq = time(NULL);
    return 0;
}

 

 

 

3. 發送netlink消息

如果消息是發送給內核的，nl_pid 與 nl_groups 的值都為0

如果消息是單播消息發送給另一個進程的， nl_pid是另一個進程的pid值，nl_groups的值為0

如果消息是組播發送的，需要定義nl_groups的值。

ssize_t sendmsg(int fd, const struct msghdr *msg,
                                      int flags);

 

第一個參數 是socket創建點

第二個參數是需要發送消息的首地址，需要如下定義

struct msghdr msg;
msg.msg_name = (void *)&(nladdr);
msg.msg_namelen = sizeof(nladdr);

iov.iov_base = (void *)nlh;
iov.iov_len = nlh->nlmsg_len; 
msg.msg_name = (void *)&dest_addr; msg.msg_namelen = sizeof(dest_addr); msg.msg_iov = &iov; msg.msg_iovlen = 1;

 

struct msghdr
{
  void *msg_name;        //Address to send to
  socklen_t msg_namelen; //Length of address data
  struct iovec *msg_iov; //Vector of data to send
  size_t msg_iovlen;     //Number of iovec entries
  void *msg_control;     //Ancillary data
  size_t msg_controllen; //Ancillary data buf len
  int msg_flags;         //Flags on received msg
};

 

netlink消息頭部 include/uapi/linux/netlink.h

struct nlmsghdr {
    __u32        nlmsg_len;    /* Length of message including header */
    __u16        nlmsg_type;    /* Message content */
    __u16        nlmsg_flags;    /* Additional flags */
    __u32        nlmsg_seq;    /* Sequence number */
    __u32        nlmsg_pid;    /* Sending process port ID */
};

 

   0                   1                   2                   3
   0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1
   +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
   |                          Length                             |
   +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
   |            Type              |           Flags              |
   +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
   |                      Sequence Number                        |
   +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
   |                      Process ID (PID)                       |
   +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+

32位的nlmsg_len 表示整個netlink消息的數據包長度

16位的nlmsg_type是從應用定義

　　NLMSG_NOOP  無任何操作，消息必須丟棄

　　NLMSG_ERROR  錯誤發生了

　　NLMSG_DONE   其他消息結束了

　　NLMSG_OVERRUN  錯誤，數據丟失了

 

 

4. 接收消息

接收的應用必須分配足夠的內存空間來獲取消息頭部與payloads.

ssize_t recv(int fd, void *buf, size_t len,
                                      int flags);

 

 

struct sockaddr_nl nladdr;
struct msghdr msg;
struct iovec iov;

iov.iov_base = (void *)nlh;
iov.iov_len = MAX_NL_MSG_LEN;
msg.msg_name = (void *)&(nladdr);
msg.msg_namelen = sizeof(nladdr);

msg.msg_iov = &iov;
msg.msg_iovlen = 1;
recvmsg(fd, &msg, 0);

 

 

5. 關閉

int close(int fd);

 

libnetlink庫中rtnl_close函數

// libnetlink.h 頭文件
void rtnl_close(struct rtnl_handle *rth);

 

 

void rtnl_close(struct rtnl_handle *rth)
{
    if (rth->fd >= 0) {
        close(rth->fd);
        rth->fd = -1;
    }
}

 

 

二、內核態netlink 接口

net/core/af_netlink.c

 

1. 創建socket接口

struct sock *netlink_kernel_create(struct net *net, int unit, struct netlink_kernel_cfg *cfg)

第一個參數 net 表示網絡命令空間

第二個參數 是netlink協議如， uapi/linux/netlink.h

　　NETLINK_ROUTE

　　NETLINK_XFRM

　　NETLINK_AUDIT

　　...

第三個參數 是可選項 include/linux/netlink.h

/* optional Netlink kernel configuration parameters */
struct netlink_kernel_cfg {
    unsigned int    groups;
    unsigned int    flags;
    void            (*input)(struct sk_buff *skb);
    struct mutex    *cb_mutex;
    int             (*bind)(struct net *net, int group);
    void            (*unbind)(struct net *net, int group);
    bool            (*compare)(struct net *net, struct sock *sk);
};

groups 表示組播號

flags字段可以是

　　NL_CFG_F_NONROOT_RECV 

　　NL_CFG_F_NONROOT_SEND

input是一個回調函數

   rtnetlink_rcv() 

cb_mutex 是可選項，

 

netlink_kernel_create 在內核 nl_table 創建一個點。 

 

2. 內核注冊

extern void rtnl_register(int protocol, int msgtype,
                     rtnl_doit_func,
                     rtnl_dumpit_func,
                     rtnl_calcit_func ); 

 

3. 發送消息

rtmsg_ifinfo()

 

2. 在內核通過netlink發送消息

int
netlink_unicast(struct sock *ssk, struct sk_buff
                *skb, u32 pid, int nonblock);

 

3. 在內核關閉netlink

sock_release(nl_sk->socket);

 

三、在路由表中添加或刪除一條路由

ip route add 192.168.1.11 via 192.168.2.20
ip route del 192.168.2.11
ip monitor route

 

這條命令從用戶態程序中發送netlink 消息(RTM_NEWROUTE)調用rtlinknet套接字來創建路由條目。

消息被內核態rtnetlink套接字的rtnetlink_rcv()方法接收。