DPDK（二）：准备知识8 --- netfilter

一、简介
Netfilter是Linux 2.4.x引入的一个子系统，它作为一个通用的、抽象的框架，提供一整套的hook函数的管理机制，使得诸如数据包过滤、网络地址转换(NAT)和基于协议类型的连接跟踪成为了可能。Netfilter在内核中位置如下图所示：

Netfilter在netfilter_ipv4.h中命名5个节点，这5个节点是netfilter发挥作用的地方。

在数据包流经内核协议栈的整个过程中，在一些已预定义的关键点上PRE_ROUTING、LOCAL_IN、FORWARD、LOCAL_OUT和POST_ROUTING会根据数据包的协议簇PF_INET到这些关键点去查找是否注册有钩子函数。如果没有，则直接返回okfn函数指针所指向的函数继续走协议栈；如果有，则调用nf_hook_slow函数，从而进入到Netfilter框架中去进一步调用已注册在该过滤点下的钩子函数，再根据其返回值来确定是否继续执行由函数指针okfn所指向的函数。
二、钩子介绍
Netfilter使用NF_HOOK(include/linux/netfilter.h)宏在协议栈内部切入到Netfilter框架中。
1、钩子函数
#define NF_HOOK(pf, hook, skb, indev, outdev, okfn) \
         NF_HOOK_THRESH(pf, hook, skb, indev, outdev, okfn, INT_MIN)
关于宏NF_HOOK各个参数的解释说明：
1)         pf：协议族名，Netfilter架构同样可以用于IP层之外，因此这个变量还可以有诸如PF_INET6，PF_DECnet等名字。
2)         hook：HOOK点的名字，对于IP层，就是取上面的五个值；
3)         skb：不解释；
4)         indev：数据包进来的设备，以struct net_device结构表示；
5)         outdev：数据包出去的设备，以struct net_device结构表示；
(后面可以看到，以上五个参数将传递给nf_register_hook中注册的处理函数。)
6)         okfn:是个函数指针，当所有的该HOOK点的所有登记函数调用完后，转而走此流程
#define NF_HOOK_THRESH(pf, hook, skb, indev, outdev, okfn, thresh)                \
({int __ret;                                                                                \
if ((__ret=nf_hook_thresh(pf, hook, &(skb), indev, outdev, okfn, thresh, 1)) == 1)\
         __ret = (okfn)(skb);                                                       \
__ret;})
NF_HOOK_THRESH宏增加的最后一个参数thresh用来指定通过该宏去遍历钩子函数时的优先级。
static inline int nf_hook_thresh(int pf, unsigned int hook,
                            struct sk_buff **pskb,
                            struct net_device *indev,
                            struct net_device *outdev,
                            int (*okfn)(struct sk_buff *), int thresh,
                            int cond)
{
if (!cond) 
return 1;
#ifndef CONFIG_NETFILTER_DEBUG
if (list_empty(&nf_hooks[pf][hook]))
         return 1;
#endif
return nf_hook_slow(pf, hook, pskb, indev, outdev, okfn, thresh);
}
这个函数又只增加了一个参数cond，该参数为0则放弃遍历，并且也不执行okfn函数；为1则执行nf_hook_slow去完成钩子函数okfn的顺序遍历(优先级从小到大依次执行)。其核心就是nf_hook_slow()函数。该函数本质上做的事情很简单，根据优先级查找双向链表nf_hooks[][]，找到对应的回调函数来处理数据包，然后根据其返回值判断是否需要执行okfn函数。
2、HOOK点介绍
从协议栈正常的流程切入到Netfilter框架中，然后顺序、依次去调用每个HOOK点所有的钩子函数的相关操作有如下几处：
1）net/ipv4/ip_input.c里的ip_rcv函数。该函数主要用来处理网络层的IP报文的入口函数，它到Netfilter框架的切入点为：
NF_HOOK(PF_INET, NF_IP_PRE_ROUTING, skb, dev, NULL,ip_rcv_finish)
2）net/ipv4/ip_forward.c中的ip_forward函数，它的切入点为：
NF_HOOK(PF_INET, NF_IP_FORWARD, skb, skb->dev, rt->u.dst.dev,ip_forward_finish);
3）net/ipv4/ip_output.c中的ip_output函数，它切入Netfilter框架的形式为：
NF_HOOK_COND(PF_INET, NF_IP_POST_ROUTING, skb, NULL, dev,ip_finish_output, !(IPCB(skb)->flags & IPSKB_REROUTED));
这里我们看到切入点从无条件宏NF_HOOK改成了有条件宏NF_HOOK_COND，调用该宏的条件是：如果协议栈当前所处理的数据包skb中没有重新路由的标记，数据包才会进入Netfilter框架。否则直接调用ip_finish_output函数走协议栈去处理。除此之外，有条件宏和无条件宏再无其他任何差异。
4）还是在net/ipv4/ip_input.c中的ip_local_deliver函数。该函数处理所有目的地址是本机的数据包，其切入函数为：
NF_HOOK(PF_INET, NF_IP_LOCAL_IN, skb, skb->dev, NULL,ip_local_deliver_finish);
5）net/ipv4/ip_output.c中的ip_push_pending_frames函数。该函数是将IP分片重组成完整的IP报文，然后发送出去。进入Netfilter框架的切入点为：
NF_HOOK(PF_INET, NF_IP_LOCAL_OUT, skb, NULL, skb->dst->dev, dst_output);