Android network — 进程指定网络发包

Android network --- 进程指定网络发包

[0. 前言](#0. 前言)
[1. 进程绑定网络](#1. 进程绑定网络)
- [1.1 App进程绑定网络](#1.1 App进程绑定网络)
- [1.2 Native进程绑定网络](#1.2 Native进程绑定网络)
[2. 源码原理分析](#2. 源码原理分析)
- [2.1 申请网络requestNetwork](#2.1 申请网络requestNetwork)
- [2.2 绑定网络 BindProcessToNetwork](#2.2 绑定网络 BindProcessToNetwork)
[3. 总结](#3. 总结)

0. 前言

在android 中，一个app使用网络，需要在manifest 申请一下

xml 复制代码

<uses-permission android:name="android.permission.INTERNET"/>

这种方式将使用default网络，比如WIFI 和数据网络，android 同一个时间点，只能有一个default网络，default网络由Android 网络评分机制选择。

那有没有一种方式可以不使用默认网络呢，比如某一个App只想使用WiFi或者别的某一个网络，而不受默认网络变化的影响，答案是有的

1. 进程绑定网络

1.1 App进程绑定网络

对于App进程，ConnectivityService中提供了bindProcessToNetwork 接口进行绑定，使用说明如下

通过 requestNetwork 申请一个网络
在NetworkCallback中的onAvailable的方法去调用bindProcessToNetwork 去bind这个网络
上两步后APP的网络流量将会走这个network，或者说走这个network 指定的网卡

补充说明一下：NetworkRequest 在CS对应一个NetworkRequestInfo ，一般情况下一个NetworkRequestInfo对应了一个client进程

使用示例：

java 复制代码

		NetworkRequest request = new NetworkRequest.Builder()
                .addCapability(NetworkCapabilities.NET_CAPABILITY_INTERNET)
                .addTransportType(NetworkCapabilities.TRANSPORT_CELLULAR)
                .build();

        mNetworkCallback = new ConnectivityManager.NetworkCallback() {
            @Override
            public void onAvailable(final Network network) {
                runOnUiThread(new Runnable() {
                    @Override
                    public void run() {
                        // requires android.permission.INTERNET
                      if (!mConnectivityManager.bindProcessToNetwork(network)) {
                        } else {
                            Log.d(TAG, "Network available");
                        }
                    }
                });

1.2 Native进程绑定网络

对于Native进程，我们可以模仿Framework的底层实现，具体可参考后面2. 原理实现部分

#include "NetdClient.h" 此文件，此文件在netd的源码中，并 动态链接 libnetd_client.so ，注意一定是动态链接
调用 setNetworkForProcess() 传入需要绑定网络的 netid
强调一下，一定是动态链接，具体原因在后面原理分析中进行解释

补充说明一下：同一网络，如某一个wifi或以太网，在断开重连后，netid是变化的，因此，实际使用中，要考虑到异常断开场景后，netid如何固定下来

使用示例：

cpp 复制代码

// Android.bp
cc_binary {
    name: "netd_client_example",
    srcs: ["main.cpp"],
    vendor: true,
    sdk_version: "current",
    defaults: ["netd_defaults"],

    shared_libs: [
		......
        "libnetd_client"
    ],
    ......
}


// main.cpp
#include <NetdClient.h>

......
result = setNetworkForProcess(netId);

......

2. 源码原理分析

2.1 申请网络requestNetwork

java 复制代码

//frameworks/base/core/java/android/net/ConnectivityManager.java
public void requestNetwork(NetworkRequest request, NetworkCallback networkCallback) {
}

NetworkRequest 可以设置 TransportType 比如 TRANSPORT_CELLULAR或者 TRANSPORT_WIFI
NetworkRequest 可以设置NetworkCapabilities比如NET_CAPABILITY_INTERNET或者其他类型

这个方法可能导致一个新的Network的出现，对应ConnectivityService中就是一个NetworkAgentInfo，这里可以简单的认为一个NetworkAgentInfo代表一个网络通道

NetworkCallback 里面有一些回调，说明一下

回调名称	说明
onAvailable(Network network)	在框架连接并声明新网络可供使用时调用。
onBlockedStatusChanged(Network network, boolean blocked)	在阻止或取消阻止对指定网络的访问时调用。
onCapabilitiesChanged(Network network, NetworkCapabilities networkCapabilities)	当连接到该请求的框架改变功能但仍满足所述需求时调用该网络。
onLinkPropertiesChanged(Network network, LinkProperties linkProperties)	当网络连接到此请求的框架更改 LinkProperties 。
onLosing(Network network, int maxMsToLive)	在网络即将丢失时调用，通常是因为没有未完成留给它的请求。
onLost(Network network)	当网络断开连接或以其他方式不再满足此请求时调用
onUnavailable()	如果在调用中指定的超时时间内未找到网络，或者如果无法满足请求的网络请求（无论是否超时指定）

常用回调发生情况：

2.2 绑定网络 BindProcessToNetwork

java 复制代码

// packages/modules/Connectivity/framework/src/android/net/ConnectivityManager.java
    public boolean bindProcessToNetwork(@Nullable Network network) {
        // Forcing callers to call through non-static function ensures ConnectivityManager
        // instantiated.
        return setProcessDefaultNetwork(network);
    }

    @Deprecated
    public static boolean setProcessDefaultNetwork(@Nullable Network network) {
        int netId = (network == null) ? NETID_UNSET : network.netId;
        boolean isSameNetId = (netId == NetworkUtils.getBoundNetworkForProcess());

        if (netId != NETID_UNSET) {
            netId = network.getNetIdForResolv();
        }

        if (!NetworkUtils.bindProcessToNetwork(netId)) {
            return false;
        }

        ......

        return true;
    }

我们可以看到实际是调用到NetworkUtils.bindProcessToNetwork

java 复制代码

	// packages/modules/Connectivity/framework/src/android/net/NetworkUtils.java
    public static boolean bindProcessToNetwork(int netId) {
        return bindProcessToNetworkHandle(new Network(netId).getNetworkHandle());
    }

	private static native boolean bindProcessToNetworkHandle(long netHandle);

这里是通过jni调用

cpp 复制代码

	//packages/modules/Connectivity/framework/jni/android_net_NetworkUtils.cpp
	static const JNINativeMethod gNetworkUtilMethods[] = {
    /* name, signature, funcPtr */
    { "bindProcessToNetworkHandle", "(J)Z", (void*) android_net_utils_bindProcessToNetworkHandle },
    .......
};

	static jboolean android_net_utils_bindProcessToNetworkHandle(JNIEnv *env, jclass clazz,
        jlong netHandle)
{
    return (jboolean) !android_setprocnetwork(netHandle);
}

我们继续跟踪android_setprocnetwork看看

c 复制代码

// frameworks/base/native/android/net.c
int android_setprocnetwork(net_handle_t network) {
    unsigned netid;
    if (!getnetidfromhandle(network, &netid)) {
        errno = EINVAL;
        return -1;
    }

    int rval = setNetworkForProcess(netid);// libnetd_client.so
    if (rval < 0) {
        errno = -rval;
        rval = -1;
    }
    return rval;
}

这里我们可以看到bindProcessToNetwork ，这个方法通过jni的方式调用了libnetd_client.so 的setNetworkForProcess

cpp 复制代码

//system/netd/client/NetdClient.cpp
extern "C" int setNetworkForProcess(unsigned netId) {
    return setNetworkForTarget(netId, &netIdForProcess);
}

int setNetworkForTarget(unsigned netId, std::atomic_uint* target) {
    const unsigned requestedNetId = netId;
    netId &= ~NETID_USE_LOCAL_NAMESERVERS;

    if (netId == NETID_UNSET) {
        *target = netId;
        return 0;
    }
    // Verify that we are allowed to use |netId|, by creating a socket and trying to have it marked
    // with the netId. Call libcSocket() directly; else the socket creation (via netdClientSocket())
    // might itself cause another check with the fwmark server, which would be wasteful.

    const auto socketFunc = libcSocket ? libcSocket : socket;
    int socketFd = socketFunc(AF_INET6, SOCK_DGRAM | SOCK_CLOEXEC, 0);
    if (socketFd < 0) {
        return -errno;
    }
    int error = setNetworkForSocket(netId, socketFd); //设置mark标记
    if (!error) {
        *target = requestedNetId; //将netIdForProcess设置为我们选择的netid
    }
    close(socketFd);
    return error;
}

这里我们看到setNetworkForProcess 最终将netIdForProcess设置为了我们选择的netid，那为什么调用了setNetworkForProcess ,之后app不管采用何种方式的访问网络,比如okhttp 或者HttpURLConnection的原生方式都能路由到特定的网卡上呢？让我们来看下

其实不管采用方式，本质都使用了socket的，最终都会调用到sys/socket.h的socket(c库)

cpp 复制代码

//bionic/libc/include/sys/socket.h
#include <sys/socket.h>    代码使用

int socket(int domain, int type, int protocol) {
  return FDTRACK_CREATE(__netdClientDispatch.socket(domain, type, protocol));
}

__netdClientDispatch.socket 最初会被赋值为__socket(int, int, int);

cpp 复制代码

// bionic/libc/bionic/NetdClientDispatch.cpp
extern "C" __socketcall int __socket(int, int, int);

在__libc_preinit_impl 的时候会通过dlsym的方式调用**/system/lib/libnetd_client.so**中的netdClientSocket(前面说的要动态链接的原因)

cpp 复制代码

// bionic/libc/bionic/libc_init_dynamic.cpp
__attribute__((noinline))
static void __libc_preinit_impl() {
  ......
  netdClientInit();
}

cpp 复制代码

// bionic/libc/bionic/NetdClient.cpp
static void netdClientInitFunction(void* handle, const char* symbol, FunctionType* function) {
    typedef void (*InitFunctionType)(FunctionType*);
    InitFunctionType initFunction = reinterpret_cast<InitFunctionType>(dlsym(handle, symbol));// dlsym 的方式
    if (initFunction != nullptr) {
        initFunction(function);
    }
}

static void netdClientInitImpl() {
	......

    void* handle = dlopen("libnetd_client.so", RTLD_NOW); // dlopen 打开 libnetd_client.so
    if (handle == nullptr) {
        // If the library is not available, it's not an error. We'll just use
        // default implementations of functions that it would've overridden.
        return;
    }

    netdClientInitFunction(handle, "netdClientInitAccept4", &__netdClientDispatch.accept4); 
    netdClientInitFunction(handle, "netdClientInitConnect", &__netdClientDispatch.connect);
    netdClientInitFunction(handle, "netdClientInitSendmmsg", &__netdClientDispatch.sendmmsg);
    netdClientInitFunction(handle, "netdClientInitSendmsg", &__netdClientDispatch.sendmsg);
    netdClientInitFunction(handle, "netdClientInitSendto", &__netdClientDispatch.sendto);
    netdClientInitFunction(handle, "netdClientInitSocket", &__netdClientDispatch.socket); // 通过dlsym 动态链接找到netdClientInitSocket

    netdClientInitFunction(handle, "netdClientInitNetIdForResolv",
                           &__netdClientDispatch.netIdForResolv);
    netdClientInitFunction(handle, "netdClientInitDnsOpenProxy",
                           &__netdClientDispatch.dnsOpenProxy);
}

static pthread_once_t netdClientInitOnce = PTHREAD_ONCE_INIT;

extern "C" __LIBC_HIDDEN__ void netdClientInit() {
    if (pthread_once(&netdClientInitOnce, netdClientInitImpl)) {
        async_safe_format_log(ANDROID_LOG_ERROR, "netdClient", "Failed to initialize libnetd_client");
    }

netdClientInitSocket 执行后会使得**__netdClientDispatch.socket 被赋值为netdClientSocket 而libcSocket赋值为__scoket(系统调用)**

cpp 复制代码

// system/netd/client/NetdClient.cpp
#define HOOK_ON_FUNC(remoteFunc, nativeFunc, localFunc) \
    do {                                                \
        if ((remoteFunc) && *(remoteFunc)) {            \
            (nativeFunc) = *(remoteFunc);               \
            *(remoteFunc) = (localFunc);                \
        }                                               \
    } while (false)

extern "C" void netdClientInitSocket(SocketFunctionType* function) {
    HOOK_ON_FUNC(function, libcSocket, netdClientSocket);
}

Android app 和 native 创建的socket最终会调用到netClientSocket

cpp 复制代码

// system/netd/client/NetdClient.cpp
int netdClientSocket(int domain, int type, int protocol) {
    // Block creating AF_INET/AF_INET6 socket if networking is not allowed.
    if (FwmarkCommand::isSupportedFamily(domain) && !allowNetworkingForProcess.load()) {
        errno = EPERM;
        return -1;
    }
     // 系统调用得到一个标准的socket
    int socketFd = libcSocket(domain, type, protocol);
    if (socketFd == -1) {
        return -1;
    }
    // 将netdid 设置为我们之前保存的netIdForProcess
    unsigned netId = netIdForProcess & ~NETID_USE_LOCAL_NAMESERVERS;
    // **将socket 打上 netId的mark**
    if (netId != NETID_UNSET && FwmarkClient::shouldSetFwmark(domain)) {
        if (int error = setNetworkForSocket(netId, socketFd)) {
            return closeFdAndSetErrno(socketFd, error);
        }
    }
    return socketFd;
}

在netdClientSocket创建的socket 会给socket打上netIdForProcess数值的mark，这个netIdForProcess其实就是bindProcessToNetwork 设置的netId，这样导致创建的socket都含有此mark，自然路由到netId对应的网卡了，hook的思想的体现!!

这个mark将会匹配到android的策略路由中，走到network对应网卡的路由表中.

例如network 的netId =101

powershell 复制代码

#ip rule 查看策略路由

0:      from all lookup local  
9000:   from all lookup main  
10000:  from all fwmark 0xc0000/0xd0000 lookup legacy_system  
10500:  from all oif dummy0 uidrange 0-0 lookup dummy0  
10500:  from all oif rmnet_data1 uidrange 0-0 lookup rmnet_data1  
10500:  from all oif rmnet_data0 uidrange 0-0 lookup rmnet_data0  
10500:  from all oif p2p0 uidrange 0-0 lookup local_network  
13000:  from all fwmark 0x10063/0x1ffff lookup local_network  
13000:  from all fwmark 0x10066/0x1ffff lookup rmnet_data1  
13000:  from all fwmark 0x10065/0x1ffff lookup rmnet_data0

注意这个 0x10065 ，65就是101的16进制，就是说设置netid 101 mark的数据包会走到这条策略路由，进而通过rmnet_data网卡发送数据。

3. 总结

再次感叹android的源码真优雅，设计的如此巧妙，修改了linux的c库，通过hook的方式,在app 创建的socket自动打上mark，结合策略路由，实现了数据包的指定发送!!