上一篇：DIY TCP/IP IP模块和ICMP模块的实现4 8.7 IP分片的接收 本节实现DIY TCP/IP对IP 分片的接收，需要正确检验每个IP分片首部的校验和，将属于同一个identification的IP分片全部正确接收后，按照分片数据的偏移量，重新组合上层协议数据帧，再将重组后的数据帧交给相应模块处理。本节的验证是通过Large Packet Ping，如果重组后的IP数据帧交给ICMP模块，能通过ICMP模块的校验和检验，则说明本节实现的IP分片重组的代码是正确的。 首先来看ip.c中新增的数据结构和静态变量。
static pdbuf_t *reassemble_pdbuf = NULL; static unsigned short reassemble_id = 0; static unsigned short reassemble_offset = 0; typedef union iphdr_flags { struct _flags_offset { unsigned short offset:13; unsigned short more_frag:1; unsigned short dont_frag:1; unsigned short rsvd:1; } b; unsigned short v; } iphdr_flags_t;Line 1: reassemble_buf，重组IP分片用到的pdbuf，静态指针，只在IP模块内部使用。 Line 2-3: reassemble_id，保存收到的第一个IP分片中IP头部的identification字段，用于判断后续IP分片是否属于同一个IP数据帧。 Line 4-12: 新增结构体iphdr_flags_t，将IP头部中的两个字节的flags字段定义为union类型，v是value的简写，存放flags的数值，b是bitmap的简写，bit0-12 存放分片偏移，bit13存放more_frag字段，bit14存放don’t_frag字段，最高位bit15保留未用。该结构体方便解析IP头部中的flags字段。 修改ippkt_recv，实现IP分片的重组。
int ippkt_recv(unsigned char *pkt, unsigned int sz) { int ret = 0; unsigned char *local_ip = NULL; iphdr_t *ippkt = NULL; iphdr_flags_t flags; if (pkt == NULL || sz ==0 ) { ret = -1; goto out; } local_ip = netdev_ipaddr(); if (local_ip == NULL) { log_printf(ERROR, "ip_recv failed, no local ip address\n"); ret = -1; goto out; } ippkt = (iphdr_t *)pkt; if (memcmp(local_ip, ippkt->dst_ip, sizeof(ippkt->dst_ip)) != 0) { log_printf(VERBOSE, "Drop ip packet not for local host\n"); goto out; } if (cksum(0, ippkt, sizeof(iphdr_t), BENDIAN)) { log_printf(ERROR, "Invalid IP header checksum\n"); ret = -1; goto out; } flags.v = NTOHS(ippkt->flags_offset); if (flags.b.more_frag || flags.b.offset) { ret = ipfrag_reassemble(ippkt); /* reassemble complete */ if (ret == 1) { ippkt = (iphdr_t *)reassemble_pdbuf->payload; sz = NTOHS(ippkt->total_len); log_printf(INFO, "ip reassemble finished, %u\n", sz); goto process; } else return ret; } //dump_buf(ippkt, sizeof(iphdr_t)); process: switch (ippkt->proto) { case IP_PROTO_ICMP: icmp_recv((unsigned char *)ippkt, sz); break; case IP_PROTO_TCP: break; case IP_PROTO_UDP: break; default: ret = -1; break; } /* reassemble cleanup */ if (reassemble_pdbuf) { log_printf(INFO, "free ip reassemble buffer: %p\n", reassemble_pdbuf); pdbuf_free(reassemble_pdbuf); reassemble_pdbuf = NULL; reassemble_id = 0; reassemble_offset = 0; ret = 0; } out: return ret; }ippkt_recv函数在8.2节已经介绍过，本节扩展实现IP分片的接收和重组。 Line 6: 新增局部变量flags，类型为iphdr_flags_t，方便IP头部中flags的解析。 Line 29-40: 将IP头部的flags字段转换为小端，赋值给flags.v，如果flags字段中more_frag或offset，任意一个不为0，则说明该IP数据帧是一个IP分片，调用ipfrag_reassemble处理。ipfrag_reassemble返回为1时，表明属于同一IP数据帧的所有分片已经正确接收，重组后的IP数据帧存放在reassemble_pdbuf指向的内存中，跳转到process处，根据IP头部的协议类型字段，将reassemble_pdbuf交给对应上层模块处理。 Line 55-63: 上层模块处理函数返回后，如果reassemble_pdbuf不为空则，调用pdbuf_free释放重组IP分片占用的内存，重置reassemble_id和reassemble_offset，设置ippkt_recv的返回值为0。 保持ippkt_recv函数的逻辑清晰，对IP分片的重组主要放在新增函数ipfrag_reassemble中，该函数是IP模块的静态函数，只在IP模块内部使用。
/* * return val: * 1: reassemble complete * 0: reassembling * other: error */ int ipfrag_reassemble(iphdr_t *ippkt) { int ret = 0; iphdr_flags_t flags; unsigned char *frag_data = NULL; unsigned short frag_data_sz = 0; unsigned char *payload_end = NULL; if (reassemble_pdbuf == NULL) { reassemble_pdbuf = pdbuf_alloc(REASSEMBLE_BUF_SZ, IGNORE_MTU); if (reassemble_pdbuf == NULL) { ret = -1; goto out; } } flags.v = NTOHS(ippkt->flags_offset); /* first fragment */ if (flags.b.offset == 0 && flags.b.more_frag == 1) { reassemble_id = NTOHS(ippkt->id); reassemble_offset = 0; pdbuf_rewind(reassemble_pdbuf, 0); pdbuf_insert(reassemble_pdbuf, ippkt, sizeof(iphdr_t)); } /* ip id & fragment offset validation */ if (reassemble_id != NTOHS(ippkt->id) || (reassemble_offset >> 3) != flags.b.offset) { log_printf(ERROR, "invalid ip fragment id: %u, or offset: %u\n", NTOHS(ippkt->id), flags.b.offset); ret = -1; goto out; } /* reassemble ip fragment data */ frag_data = (unsigned char *)strip_header(ippkt, sizeof(iphdr_t)); frag_data_sz = NTOHS(ippkt->total_len) - sizeof(iphdr_t); pdbuf_insert(reassemble_pdbuf, frag_data, frag_data_sz); reassemble_offset += frag_data_sz; /* last fragment */ if (flags.b.offset && flags.b.more_frag == 0) { payload_end = reassemble_pdbuf->payload; /* rewind reassemble_pdbuf */ pdbuf_rewind(reassemble_pdbuf, 0); /* implementation specific */ ((iphdr_t *)reassemble_pdbuf->payload)->total_len = HSTON(payload_end - reassemble_pdbuf->payload); ret = 1; } log_printf(INFO, "ip id: %u, reassemble offset: %u\n", NTOHS(ippkt->id), reassemble_offset); out: return ret; }Line 1-7: ipfrag_reassemble的入参为ippkt指针，由ippkt_recv函数传入，指向收到的IP数据帧的首字节地址。函数的返回1时，表明属于同一IP数据帧的所有IP分片重组完成，返回0时，表明还有分片未接收，返回其他值，表示出错。 Line 8-14: 定义局部变量flags，便于解析IP头部中的flags字段。frag_data指向分片数据的首字节地址，frag_data_sz存放分片数据长度，payload_end指向重组后的IP数据帧的末尾字节的下一个字节地址。 Line 15-21: 判断reassemble_pdbuf为空时，调用pdbuf_alloc分配的内存，大小为REASSEMBLE_BUF_SZ，忽略MTU_SIZE的限制。REASSEMBLE_BUF_SZ最初在6.1节介绍各个协议头部的时，在ip.h头文件中引入，定义为((2 << 16) - 1 – 20)，IP头部的total_len字段共两个字节，也就是说IP数据帧携带的最大数据长度为2的16次方减1，total_len字段是包括20个字节的IP头部长度。因此IP数据帧携带的数据最大长度为2的16次方减1，再减20。pdbuf_alloc申请内存时，忽略MTU_SIZE的限制，将申请2<<16 – 1 – 20 + RESERVED_HEADER_SZ + sizeof(ethhdr_t) + sizeof(pdbuf_t)，确保重组IP分片时申请的buffer长度可以存放最大长度的IP数据帧。pdbuf_alloc申请内存空间失败时，返回出错，成功时继续执行。 Line 22-30: 将IP头部的flags_offset数值转换成小端，赋值给flags.v，如果more_frag为1且offset为0，则说明是第一个IP分片。将IP头部中的identification字段转换为小端，存入reassemble_id。设置reassemble_offset为0，收到的IP分片是按照分片偏移递增的顺序重新组合，调用pdbuf_rewind将reassemble_pdbuf->payload赋值为reassemble_pdbuf->buf。调用pdbuf_insert将第一个IP分片的IP头部存放在reassmeble_pdbuf->payload指向的内存处，pdbuf_insert在复制数据后，调整reassmebl_pdbuf->payload指针，向地址增大的方向移动sizeof(iphdr_t)个字节，指向IP头部末尾字节后的下一个字节地址。之前的章节使用pdbuf_push较多，pdbuf_push是先移动payload指针的指向，再复制数据。pdbuf_insert刚好相反，先复制数据，再移动payload指针，两个函数移动payload指针的方向也是相反的，pdbuf_push将payload指针向地址减小的方向移动，pdbuf_insert将payload指针向地址增大的方向移动。朋友们可以参考6.4节pdbuf模块的函数接口，再次阅读pdbuf_push和push_insert代码实现。 Line 31-38: IP分片头部的identification和分片偏移的合法性检查。reassemble_id存放第一个IP分片的identificaton值，后续属于同一IP数据帧的IP分片，包括最后一个IP分片，都必须和第一个IP分片的identificaiton值相等，表明这些分片同属一个IP数据帧，否则返回出错。reassemble_id在收到下一个需要分片的IP数据帧的第一个IP分片时更新。reassmble_offset保存已经重组过的IP分片的数据长度，即下一个需要重组的IP分片的偏移量，收到的IP分片头部的偏移量必须和该值相等，否则返回出错。 Line 39-43: 上述检查都通过后，调用strip_header将分片的IP头部剥去，strip_header返回IP分片中的IP头部末尾字节后的下一个字节地址，即IP分片的数据首字节地址，将该地址复制给frag_data指针。再将分片IP头部的total_len字段转换为小端格式，减去IP头部的长度后，得到分片的数据长度，存放在frag_data_sz变量中。调用pdbuf_insert将分片数据存放到reassemble_pdbuf->payload指向的内存中，再调整reassemble_pdbuf->payload向地址增大的方向移动frag_data_sz_个字节。reassemble_pdbuf->payload指始终指向重组组后的IP数据帧的末尾字节的下一个字节地址处。 Line 44-57: 将IP分片重组到reassemble_pdbuf后，判断分片是否是属于同一个IP数据帧的最后一个分片，如果是，则reassemble_pdbuf中存放的是完整的重组后的IP数据帧。先保存reassemble_pdbuf->payload的值，再通过pdbuf_rewind将reassemble_pdbuf->payload指向重组后的IP数据帧的首字节地址。计算重组后的IP数据帧的总长度(包括IP头部的长度)，转换为大端格式后，存放到重组后的IP数据帧的total_len字段，返回值设为1。如果不是属于同一个IP数据帧的最后一个分片，则返回0。 ippkt_recv的修改已经完成，ipfrag_reassemble返回1时，reassemble_pdbuf中存放的是重组后的IP数据帧，头部的total_len字段也已经修改为重组后的总长度。可以将IP数据帧交给DIY TCP/IP的上层模块处理。本节的测试仍然是通过Large Packet Ping，根据重组后的IP数据帧的头部协议字段，将IP数据帧交给ICMP模块处理。本节没有对ICMP模块做任何修改，所以ICMP模块会根据收到的IP数据帧头部的总长度检验ICMP头部的校验和，如果ICMP模块能正确打印出接收到Echo Ping Request，则说明本节实现的重组IP分片的代码实现是正确的，编译运行，查看测试结果。 测试方法，运行DIY TCP/IP的主机记为A，与主机A处于同一局域网的主机B上设置PING的数据长度为5000，ping局域网中不存在的IP地址192.168.0.7，将该IP设置为DIY TCP/IP的虚拟IP地址。 上图是主机B的PING log，首先是不加-l参数的ping，确保本节添加的重组IP分片的代码不影响到8.5节之前实现的代码，从ping虚拟IP地址192.168.0.7的结果来看，主机B发出的4个Echo Ping Request均收到了来自虚拟IP地址192.168.0.7的回复，非large packet ping的运行结果并未收到影响。再限定-l参数，指定Echo Ping Request的数据长度为5000，Ping 虚拟IP地址是失败的，再来看主机A上DIY TCP/IP的运行Log。 主机A上指定DIY TCP/IP的虚拟IP地址为192.168.0.7，对于非Larget Packet Ping的4个Echo Ping Request，DIY TCP/IP均给出了正确的Echo Ping Reply的回复，与主机B上看到的log一致。收到主机B发出的Larget Packet Ping后，IP模块中的ipfrag_reassmble重组IP分片，并打印收到的IP数据帧的id为5224，offset分别是1480，2960，4440，5008。回顾ipfrag_reassemble的实现，offset的数值是在重组分片后根据分片的长度先增加，再打印出的运行Log，从而可以判断offset 1448，增加之前对应的offset为0，分片的长度是1480，第一个IP分片包含8个字节的ICMP头部数据。后面几个offset一次类推，最后一个offset 5008是，重组了最后一个IP分片后，offset的长度为5000 + 8，8是第一个IP分片的ICMP头部的长度，符合主机B的Large Packet Ping –l的指定参数5000。 Ip reassemble request finished一行，打印出的重组后的IP数据帧的总长度为5028，包括20个字节的IP头部，8个字节的ICMP头部和5000字节的Echo Ping Request数据，符合预期。 ICMP 模块能正确打印，收到的ICMP Echo Ping Request的id为1，sequence是5，回顾8.3节ICMP数据帧的接收，icmp_recv是在检验过ICMP头部校验和后打印出ICMP头部的信息的。由此可见，ICMP头部校验和检验通过，ICMP校验和是根据8个字节的ICMP头部和5000字节的Echo Ping Request的数据计算的。从而再次说明IP模块重组的IP数据帧是正确的。 DIY TCP/IP运行出错也是符合预期，回顾8.4节process_icmp_echo的实现，该函数尚不能处理超过MTU_SIZE的Echo Ping Request数据帧，pdbuf_alloc申请内存空间时受MTU_SIZE的限制，在将5000字节的Echo Ping Request数据push到申请的内存时出现assert错误，再次说明ICMP模块正确接收了5000 + 8字节的Echo Ping Rquest 数据帧，在构建Echo Ping Reply时，运行出错，下节我们将首先修改process_icmp_echo的实现，使之能够处理Larget Packet Ping数据帧。 下一篇：DIY TCP/IP IP模块和ICMP模块的实现6
