1.2024年度Linux6.9内核最新源码解读-网络篇-【server端】-【第一步】创建--socket
2.正点原子lwIP学习笔记——IP协议
3.Linux内核源码解析---EPOLL实现4之唤醒等待进程与惊群问题
4.linux内核源码：网络通信简介——网络拥塞控制之BBR算法
5.linux Netfilter在网络层的实现详细分析（iptables）
6.免费 IP 地址查询 API 请求示例以及私有化部署方案源码可用

2024年度Linux6.9内核最新源码解读-网络篇-【server端】-【第一步】创建--socket

       深入解析年Linux 6.9内核的网络篇，从服务端的第一步：创建socket开始。理解用户空间与内核空间的交互至关重要。当我们在用户程序中调用socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)，实际上是触发了从用户空间到内核空间的系统调用sys_socket()，这是流控授权源码创建网络连接的关键步骤。

       首先，让我们关注sys_socket函数。这个函数在net/socket.c文件的位置，无论内核版本如何，都会调用__sys_socket_create函数来实际创建套接字，它接受地址族、类型、协议和结果指针。创建失败时，会返回错误指针。

       在socket创建过程中，参数解析至关重要：

       网络命名空间（net）：隔离网络环境，每个空间有自己的配置，如IP地址和路由。

       协议族（family）：如IPv4（AF_INET）或IPv6（AF_INET6）。

       套接字类型（type）：如流式（SOCK_STREAM）或数据报（SOCK_DGRAM）。

       协议（protocol）：如TCP（IPPROTO_TCP）或UDP（IPPROTO_UDP），默认值自动选择。

       结果指针（res）：指向新创建的socket结构体。

       内核标志（kern）：区分用户空间和内核空间的socket。

       __sock_create函数处理创建逻辑，调用sock_map_fd映射文件描述符，支持O_CLOEXEC和O_NONBLOCK选项。每个网络协议族有其特有的create函数，如inet_create处理IPv4 TCP创建。

       在内核中，安全模块如LSM会通过security_socket_create进行安全检查。sock_alloc负责内存分配和socket结构初始化，协议族注册和动态加载在必要时进行。RCU机制保护数据一致性，飞蛾2.0源码确保在多线程环境中操作的正确性。

       理解socket_wq结构体对于异步IO至关重要，它协助socket管理等待队列和通知。例如，在TCP协议族的inet_create函数中，会根据用户请求找到匹配的协议，并设置相关的操作集和数据结构。

       通过源码，我们可以看到socket和sock结构体的关系，前者是用户空间操作的抽象，后者是内核处理网络连接的实体。理解这些细节有助于我们更好地编写C++网络程序。

       此外，原始套接字（如TCP、UDP和CMP）的应用示例，以及对不同协议的深入理解，如常用的IP协议、专用协议和实验性协议，是进一步学习和实践的重要部分。

正点原子lwIP学习笔记——IP协议

       IP协议，作为TCP/IP协议族的核心，负责TCP、UDP、ICMP、IGMP等数据的传输（IPv4和IPv6）。它提供了无连接、不可靠的服务，这意味着数据传输不需维持对方信息，每次发送数据都需要明确目标IP地址，且不能保证数据包准确到达，只尽力而为，如发送失败会通知上层协议但不重传。

       IP协议的功能包括：寻址，当主机间跨网段通信时，数据通过主机发送到路由器，发卡后台源码路由器根据IP地址的网络号和主机号进行转发；利用路由表决定数据包的传输路径，目标网络、下一跳地址和子网掩码是关键信息；当数据包大小超过MTU（通常字节），则需要进行分片和重组。

       IP协议与ARP、ICMP和IGMP等配合工作。与MAC地址（物理地址）不同，IP地址是网络层以上的标识，分为五类。理解IP协议内容，IPv4的首部结构包含字节的固定部分，如差分服务区域、总长度、标识符、标志等，以及源和目标IP地址等信息。

       IP分片原理涉及MTU限制，当数据包超过MTU，就需要进行分片操作，比如字节的数据可能被分为多个片段，每个片段包含偏移量、标志等字段。pbuf内存分配和重组过程是关键，例如，使用pbuf结构存储和传递数据，TCP和IP头部会插入pbuf，通过ip_reassdata结构连接分片，直到所有分片接收完整后进行重组。

       IP重组是根据到达顺序重新组合分片，lwIP处理分片时，ip_reassdata链表用于存储和管理未完整接收的数据包。源码中的函数如ip4_reass()和ip_reass_chain_frag_into_datagram_and_validate()处理了这些逻辑，确保数据包在到达目的地后正确组合。

       总的来说，理解lwIP协议的趋势出源码这部分内容，关注核心原理和源码示例，把握数据传输的完整逻辑，包括IP首部字段、分片与重组，以及与MAC地址、TCP/IP协议的交互，是十分重要的。

Linux内核源码解析---EPOLL实现4之唤醒等待进程与惊群问题

       在Linux内核源码的EPOLL实现中，第四部分着重探讨了数据到来时如何唤醒等待进程以及惊群问题。当网卡接收到数据，DMA技术将数据复制到内存RingBuffer，通过硬中断通知CPU，然后由ksoftirqd线程处理，最终数据会进入socket接收队列。虽然ksoftirqd的创建过程不在本节讨论，但核心是理解数据如何从协议层传递到socket buffer。

       在tcp_ipv4.c中，当接收到socket buffer时，会首先在连接表和监听表中寻找对应的socket。一旦找到，进入tcp_rcv_established函数，这里会检查socket是否准备好接收数据，通过调用sock_data_ready，其初始值为sock_def_readable，进而进入wake_up函数，唤醒之前挂上的wait_queue_t节点。

       在wake_up方法中，会遍历链表并回调ep_poll_callback，这个函数是epoll的核心逻辑。然而，如果epoll的设置没有启用WQ_FLAG_EXCLUSIVE，就会导致惊群效应，即唤醒所有阻塞在当前epoll的进程。这在default_wake_function函数中体现，如果没有特殊标记，box源码分析进程会立即被唤醒并进入调度。

       总结来说，epoll的唤醒过程涉及socket buffer、协议层处理、链表操作以及回调函数，其中惊群问题与默认的唤醒策略密切相关。理解这些细节，有助于深入理解Linux内核中EPOLL的异步操作机制。

linux内核源码：网络通信简介——网络拥塞控制之BBR算法

       从网络诞生至十年前，TCP拥塞控制采用的经典算法如reno、new-reno、bic、cubic等，在低带宽有线网络中运行了几十年。然而，随着网络带宽的增加以及无线网络通信的普及，这些传统算法开始难以适应新的环境。

       根本原因是，传统拥塞控制算法将丢包/错包等同于网络拥塞。这一认知上的缺陷导致了算法在面对新环境时的不适应性。BBR算法的出现，旨在解决这一问题。BBR通过以下方式控制拥塞：

       1. 确保源端发送数据的速率不超过瓶颈链路的带宽，避免长时间排队造成拥塞。

       2. 设定BDP（往返延迟带宽积）的上限，即源端发送的待确认在途数据包（inflight）不超过BDP，换句话说，双向链路中数据包总和不超过RTT（往返延迟）与BtlBW（瓶颈带宽）的乘积。

       BBR算法需要两个关键变量：RTT（RTprop：往返传播延迟时间）和BtlBW（瓶颈带宽），并需要精确测量这两个变量的值。

       1. RTT的定义为源端从发送数据到收到ACK的耗时，即数据包一来一回的时间总和。在应用受限阶段测量是最合适的。

       2. BtlBW的测量则在带宽受限阶段进行，通过多次测量交付速率，将近期的最大交付速率作为BtlBW。测量的时间窗口通常在6-个RTT之间，确保测量结果的准确性。

       在上述概念基础上，BBR算法实现了从初始启动、排水、探测带宽到探测RTT的四个阶段，以实现更高效、更稳定的网络通信。

       通信双方在节点中，通过发送和接收数据进行交互。BBR算法通过接收ACK包时更新RTT、部分包更新BtlBW，以及发送数据包时判断inflight数据量是否超过BDP，通过一系列动作实现数据的有效传输。

       在具体的实现上，BBR算法的源码位于net\ipv4\tcp_bbr.c文件中（以Linux 4.9源码为例）。关键函数包括估算带宽的bbr_update_bw、设置pacing_rate来控制发送速度的bbr_set_pacing_rate以及更新最小的RTT的bbr_update_min_rtt等。

       总的来说，BBR算法不再依赖丢包判断，也不采用传统的AIMD线性增乘性减策略维护拥塞窗口。而是通过采样估计网络链路拓扑情况，极大带宽和极小延时，以及使用发送窗口来优化数据传输效率。同时，引入Pacing Rate限制数据发送速率，与cwnd配合使用，有效降低数据冲击。

linux Netfilter在网络层的实现详细分析（iptables）

       Linux netfilter在网络层的实现细节分析主要基于Linux内核版本4..0-。

       我绘制了一张Linux内核协议栈网络层netfilter（iptables）的全景图，其中包含了许多内容，以下将详细讲解。

       INGRESS入口钩子是在Linux内核4.2中引入的。与其他netfilter钩子不同，入口钩子附加到特定的网络接口。可以使用带有ingress钩子的nftables来实施非常早期的过滤策略，甚至在prerouting之前生效。请注意，在这个非常早期的阶段，碎片化的数据报尚未重新组装，例如匹配ip saddr和daddr适用于所有ip数据包，但匹配传输层的头部（如udp dport）仅适用于未分段的数据包或第一个片段，因此入口钩子提供了一种替代tc入口过滤的方法，但仍需tc进行流量整形。

       Netfilter/iptables由table、chain和规则组成。

       iptables的链（chain）

       netfilter在网络层安装了5个钩子，对应5个链，还可以通过编写内核模块来扩展这些链的功能。

       ⑴五个链（chain）及对应钩子

       以下是网络层五条链的位置图：

       ①网络数据包的三种流转路径

       ②源码中网络层的5个hook的定义

       include\uapi\linux etfilter_ipv4.h

       在include\uapi\linux etfilter.h中有对应的hook点定义：

       注：在4.2及以上版本内核中又增加了一个hook点NF_NETDEV_INGRESS：

       为NFPROTO_INET系列添加了NF_INET_INGRESS伪钩子。这是将这个新钩子映射到现有的NFPROTO_NETDEV和NF_NETDEV_INGRESS钩子。该钩子不保证数据包仅是inet，用户必须明确过滤掉非ip流量。这种基础结构使得在nf_tables中支持这个新钩子变得更容易。

       iptables的表

       ⑴五张表（table）

       以下是五张表分布在对应链上的图：

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       ⑵源码中IP层的表的定义

       netfilter中的表的定义

       include\linux etfilter\x_tables.h

       网络层各hook点的优先级

       数值越低优先级越高：

       include\uapi\linux etfilter_ipv4.h

       下面我们看下netfilter/iptables的这几张表在内核源码中的定义。

       ①raw表

       源码里RAW_VALID_HOOKS宏可以看出raw表只有NF_INET_PRE_ROUTING、NF_INET_LOCAL_OUT链有效。

       ②mangle表

       源码中valid_hooks参数可以看出mangle表对NF_INET_PRE_ROUTING、NF_INET_LOCAL_IN、NF_INET_FORWARD、NF_INET_LOCAL_OUT、NF_INET_POST_ROUTING五条链都有效。

       ③nat表

       valid_hooks变量可以看出nat表只有NF_INET_PRE_ROUTING、NF_INET_POST_ROUTING、NF_INET_LOCAL_OUT、NF_INET_LOCAL_IN四条链有效。

       ④filter表

       源码中valid_hooks参数可以看出filter表对NF_INET_LOCAL_IN、NF_INET_FORWARD、NF_INET_LOCAL_OUT三条链有效。

       网络层的五张表在内核中对应了五个内核模块：

       3、Netfilter在网络层安装的5个hook点

       下面我们看下网络层的各个hook点安装的位置：

       ⑴、NF_INET_PRE_ROUTING

       它是所有传入数据包到达的第一个hook点，它是在路由子系统中执行查找之前。这个钩子在IPv4的ip_rcv()方法中，在IPv6的ipv6_rcv()方法中。

       ①net\ipv4\ip_input.c

       ②net\ipv4\xfrm4_input.c

       ⑵、NF_INET_LOCAL_IN

       这个钩子在IPv4的ip_local_deliver()方法中，在IPv6的ip6_input()方法中。所有路由到本地主机的数据包都会到达此hook点，它是在首先通过NF_INET_PRE_ROUTING hook点并在路由子系统中执行查找之后进到这里。

       net\ipv4\ip_input.c

       ⑶、NF_INET_FORWARD

       ①net\ipv4\ip_forward.c

       ②net\ipv4\ipmr.c

       ⑷、NF_INET_LOCAL_OUT

       ①net\ipv4\ip_output.c

       ②net\ipv4\raw.c

       ⑸、NF_INET_POST_ROUTING

       net\ipv4\ip_output.c

       以上我们看到xfrm中也有安装相关hook点，这里引用官方资料介绍下什么是xfrm：

       xfrm是IP层的一个框架，用于封装实现IPSec协议。

       简单来说，xfrm就是IP层的一个框架，用于封装实现IPSec协议。

       到此，我们基于源码分析介绍完了Netfilter在网络层的实现。

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解析LinuxSS源码探索一探究竟linuxss源码

       被誉为“全球最复杂开源项目”的Linux SS（Secure Socket）是一款轻量级的网络代理工具，它在Linux系统上非常受欢迎，也成为了大多数网络应用的首选。Linux SS的源码的代码量相当庞大，也备受广大开发者的关注，潜心钻研Linux SS源码对于网络研究者和黑客们来说是非常有必要的。

       我们以Linux 3. 内核的SS源码为例来分析，Linux SS的源码目录位于linux/net/ipv4/netfilter/目录下，在该目录下包含了Linux SS的主要代码，我们可以先查看其中的主要头文件，比如说：

       include/linux/netfilter/ipset/ip_set.h

       include/linux/netfilter_ipv4/ip_tables.h

       include/linux/netfilter/x_tables.h

       这三个头文件是Linux SS系统的核心结构之一。

       接下来，我们还要解析两个核心函数：iptables_init函数和iptables_register_table函数，这两个函数的主要作用是初始化网络过滤框架和注册网络过滤表。iptables_init函数主要用于初始化网络过滤框架，主要完成如下功能：

       1. 调用xtables_init函数，初始化Xtables模型；

       2. 调用ip_tables_init函数，初始化IPTables模型；

       3. 调用nftables_init函数，初始化Nftables模型；

       4. 调用ipset_init函数，初始化IPset模型。

       而iptables_register_table函数主要用于注册网络过滤表，主要完成如下功能：

       1. 根据提供的参数检查表的有效性；

       2. 创建一个新的数据结构xt_table；

       3. 将该表注册到ipt_tables数据结构中；

       4. 将表名及对应的表结构存放到xt_tableshash数据结构中；

       5. 更新表的索引号。

       到这里，我们就大致可以了解Linux SS的源码，但Learning Linux SS源码只是静态分析，细节的分析还需要真正的运行环境，观察每个函数的实际执行，而真正运行起来的Linux SS，是与系统内核非常紧密结合的，比如：

       1. 调用内核函数IPv6_build_route_tables_sockopt，构建SS的路由表；

       2. 调用内核内存管理系统，比如kmalloc、vmalloc等，分配SS所需的内存；

       3. 初始化Linux SS的配置参数；

       4. 调用内核模块管理机制，加载Linux SS相关的内核模块；

       5. 调用内核功能接口，比如netfilter, nf_conntrack, nf_hook等，通过它们来执行对应的网络功能。

       通过上述深入了解Linux SS源码，我们可以迅速把握Linux SS的构架和实现，也能熟悉Linux SS的具体运行流程。Linux SS的深层原理揭示出它未来的发展趋势，我们也可以根据Linux SS的现有架构改善Linux的网络安全机制，进一步开发出与Linux SS和系统内核更加融合的高级网络功能。