Linux桥转发经过的netfilter钩子点

不悔哥2024-08-13 20:45

你是否也有这样的疑问，当我们路由器局域内的下挂设备，是怎么互相访问的呢。假设我的路由器当前的网段是192.168.1.1，有一台PC有线接入，IP地址为 192.168.1.142 ，一台手机WiFi接入，IP地址为192.168.1.223，示意图如下：

此时PC给手机发送一个ping(icmp)报文，那么这个报文在我们linxu内核协议栈是怎么样的一个流程呢。那么就要提到一个概念，桥转发。

桥转发：在链路层，根据报文的目的MAC地址进行报文转发，我们也叫二层转发。进行二层转发的一般叫网桥（bridge）, 进行二层转发的设备可以是一台设备，比如我们的交换机，而我们这里的桥转发，就是软件实现的交换机。

每个桥内都会维护一张转发表，转发表现包含如下信息：

port: 该设备连接在路由器上的哪个端口，也可以理解为接在哪个interface口，对于我们WiFi设备来说，可能是wlan0,wlan1等也就是2.4G或者5G，有线接入的设备的话可能是eth0.X, 不同的网络设备可能有所差别。

addr:设备的mac地址

is local: yes表示是否是本机，no表示不是本机

ageing timer: 设备的老化时间，当我的设备拔掉网线，或者断开WiFi的时候，这里的老化时间就会增加，达到一定阈值就会删除表项（FDB表），不同设备时间有差别，这个是Linux内核实现，可以修改；

FDB表：即二层MAC地址表，用于二层转发，当某个端口收到一个数据帧时，会根据我们的FDB表转发出去报文，就是我们上面用命令brctl showmacs br-lan 查看的那个表。

对于我们的路由转发（三层转发， 根据IP地址来转发），在netfilter框架，会有五个钩子点，可以分为：

1.送入本机

2.从本机发出

3.从本机转发

这三点经过的钩子点是不同的，在我们桥转发，也会有这样的钩子点；那么我们桥转发经过的钩子点有哪些呢

直接上代码测试：

#include <linux/module.h>
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/ip.h>
#include <linux/netdevice.h>
#include <linux/skbuff.h>
#include <linux/if_arp.h>
#include <linux/if_ether.h>
#include <linux/netfilter_bridge/ebtables.h>
#include <uapi/linux/netfilter_bridge.h>
#include <linux/in_route.h>
#include <net/ip.h>
#include <linux/proc_fs.h>
#include <linux/fs.h>

static unsigned int
test_nf_pre_routing(void *priv, struct sk_buff *skb,
	    const struct nf_hook_state *state)
{
	u_int8_t smac[ETH_ALEN] = {0};
	u_int8_t dmac[ETH_ALEN] = {0};
    struct ethhdr *ethhdr = NULL;
	struct iphdr *iph = NULL;
	static int count = 0;

    ethhdr = eth_hdr(skb);
	iph = ip_hdr(skb);
    if (!ethhdr)
        return NF_ACCEPT;
    
    memcpy(dmac, ethhdr->h_dest, ETH_ALEN);
	memcpy(smac, ethhdr->h_source, ETH_ALEN);
	
    if (!skb->dev)
        return NF_ACCEPT;

	if (iph->protocol == IPPROTO_ICMP) {
			printk("<%s:%d:%p>, dev=%s, source mac = %02X:%02X:%02X:%02X:%02X:%02X, destination mac = %02X:%02X:%02X:%02X:%02X:%02X\n",
        	__FUNCTION__, __LINE__, skb, skb->dev->name, smac[0], smac[1], smac[2], smac[3], smac[4], smac[5],
		    dmac[0], dmac[1], dmac[2], dmac[3], dmac[4], dmac[5]);
			printk("icmp(ping) packet %pI4--->%pI4 count = %d\n", 
            &iph->saddr, &iph->daddr, ++count);
	
   
	}

	return NF_ACCEPT;
}

static unsigned int
test_nf_local_in(void *priv, struct sk_buff *skb,
	     const struct nf_hook_state *state)
{
	u_int8_t smac[ETH_ALEN] = {0};
	u_int8_t dmac[ETH_ALEN] = {0};
    struct ethhdr *ethhdr = NULL;
	struct iphdr *iph = NULL;
	static int count = 0;

    ethhdr = eth_hdr(skb);
	iph = ip_hdr(skb);
    if (!ethhdr)
        return NF_ACCEPT;
    
    memcpy(dmac, ethhdr->h_dest, ETH_ALEN);
	memcpy(smac, ethhdr->h_source, ETH_ALEN);
	
    if (!skb->dev)
        return NF_ACCEPT;

	if (iph->protocol == IPPROTO_ICMP) {	
			printk("<%s:%d:%p>, dev=%s, source mac = %02X:%02X:%02X:%02X:%02X:%02X, destination mac = %02X:%02X:%02X:%02X:%02X:%02X\n",
        	__FUNCTION__, __LINE__, skb, skb->dev->name, smac[0], smac[1], smac[2], smac[3], smac[4], smac[5],
		    dmac[0], dmac[1], dmac[2], dmac[3], dmac[4], dmac[5]);
			 printk("icmp(ping) packet %pI4--->%pI4 count = %d\n", 
            &iph->saddr, &iph->daddr, ++count);
	}

	return NF_ACCEPT;
}

static unsigned int
test_nf_forward(void *priv, struct sk_buff *skb,
	     const struct nf_hook_state *state)
{
	u_int8_t smac[ETH_ALEN] = {0};
	u_int8_t dmac[ETH_ALEN] = {0};
    struct ethhdr *ethhdr = NULL;
	struct iphdr *iph = NULL;
	static int count = 0;

    ethhdr = eth_hdr(skb);
	iph = ip_hdr(skb);
    if (!ethhdr)
        return NF_ACCEPT;
    
    memcpy(dmac, ethhdr->h_dest, ETH_ALEN);
	memcpy(smac, ethhdr->h_source, ETH_ALEN);
	
    if (!skb->dev)
        return NF_ACCEPT;

	if (iph->protocol == IPPROTO_ICMP) {
			printk("<%s:%d:%p>, dev=%s, source mac = %02X:%02X:%02X:%02X:%02X:%02X, destination mac = %02X:%02X:%02X:%02X:%02X:%02X\n",
        	__FUNCTION__, __LINE__, skb, skb->dev->name, smac[0], smac[1], smac[2], smac[3], smac[4], smac[5],
		    dmac[0], dmac[1], dmac[2], dmac[3], dmac[4], dmac[5]);
			 printk("icmp(ping) packet %pI4--->%pI4 count = %d\n", 
            &iph->saddr, &iph->daddr, ++count);
	}
    
	return NF_ACCEPT;
}

static unsigned int
test_nf_local_out(void *priv, struct sk_buff *skb,
	     const struct nf_hook_state *state)
{   
	u_int8_t smac[ETH_ALEN] = {0};
	u_int8_t dmac[ETH_ALEN] = {0};
    struct ethhdr *ethhdr = NULL;
	struct iphdr *iph = NULL;
	static int count = 0;

    ethhdr = eth_hdr(skb);
	iph = ip_hdr(skb);
    if (!ethhdr)
        return NF_ACCEPT;
    
    memcpy(dmac, ethhdr->h_dest, ETH_ALEN);
	memcpy(smac, ethhdr->h_source, ETH_ALEN);
	
    if (!skb->dev)
        return NF_ACCEPT;

	if (iph->protocol == IPPROTO_ICMP) {
			printk("<%s:%d:%p>, dev=%s, source mac = %02X:%02X:%02X:%02X:%02X:%02X, destination mac = %02X:%02X:%02X:%02X:%02X:%02X\n",
        	__FUNCTION__, __LINE__, skb, skb->dev->name, smac[0], smac[1], smac[2], smac[3], smac[4], smac[5],
		    dmac[0], dmac[1], dmac[2], dmac[3], dmac[4], dmac[5]);
			 printk("icmp(ping) packet %pI4--->%pI4 count = %d\n", 
            &iph->saddr, &iph->daddr, ++count);
	}

	return NF_ACCEPT;
}

static unsigned int
test_nf_post_routing(void *priv, struct sk_buff *skb,
	     const struct nf_hook_state *state)
{
	u_int8_t smac[ETH_ALEN] = {0};
	u_int8_t dmac[ETH_ALEN] = {0};
    struct ethhdr *ethhdr = NULL;
	struct iphdr *iph = NULL;
	static int count = 0;

    ethhdr = eth_hdr(skb);
	iph = ip_hdr(skb);
    if (!ethhdr)
        return NF_ACCEPT;
    
    memcpy(dmac, ethhdr->h_dest, ETH_ALEN);
	memcpy(smac, ethhdr->h_source, ETH_ALEN);
	
    if (!skb->dev)
        return NF_ACCEPT;

	if (iph->protocol == IPPROTO_ICMP) {
			printk("<%s:%d:%p>, dev=%s, source mac = %02X:%02X:%02X:%02X:%02X:%02X, destination mac = %02X:%02X:%02X:%02X:%02X:%02X\n",
        	__FUNCTION__, __LINE__, skb, skb->dev->name, smac[0], smac[1], smac[2], smac[3], smac[4], smac[5],
		    dmac[0], dmac[1], dmac[2], dmac[3], dmac[4], dmac[5]);
			 printk("icmp(ping) packet %pI4--->%pI4 count = %d\n", 
            &iph->saddr, &iph->daddr, ++count);
	}
	return NF_ACCEPT;
}

static const struct nf_hook_ops test_nf_ops[] = {
	{
		.hook		= test_nf_pre_routing,
		.pf		= NFPROTO_BRIDGE,
		.hooknum	= NF_BR_PRE_ROUTING,
		.priority	= NF_BR_PRI_FILTER_OTHER,
	},
	{
		.hook		= test_nf_local_in,
		.pf		= NFPROTO_BRIDGE,
		.hooknum	= NF_BR_LOCAL_IN,
		.priority	= NF_BR_PRI_FILTER_OTHER,
	},
	{
		.hook		= test_nf_forward,
		.pf		= NFPROTO_BRIDGE,
		.hooknum	= NF_BR_FORWARD,
		.priority	= NF_BR_PRI_FILTER_OTHER,
	},
	{
		.hook		= test_nf_local_out,
		.pf		= NFPROTO_BRIDGE,
		.hooknum	= NF_BR_LOCAL_OUT,
		.priority	= NF_BR_PRI_FILTER_OTHER,
	},
	{
		.hook		= test_nf_post_routing,
		.pf		= NFPROTO_BRIDGE,
		.hooknum	= NF_BR_POST_ROUTING,
		.priority	= NF_BR_PRI_FILTER_OTHER,
	},
};

static int __init test_module_init(void)
{
    printk("bridge...init\n");
	nf_register_net_hooks(&init_net, test_nf_ops, ARRAY_SIZE(test_nf_ops));
    return 0;
}

static void test_module_exit(void)
{
	printk("bridge....exit\n");
    nf_unregister_net_hooks(&init_net, test_nf_ops, ARRAY_SIZE(test_nf_ops));
    return;
}

module_init(test_module_init);
module_exit(test_module_exit);
MODULE_LICENSE("GPL v2");

注意：openwrt要开ebtables 那部分的内核代码netfilter部分要看编译到没，我这里直接是打开ebtables工具和内核桥转发netfilter宏，就可以生效了。

用PC给手机发送一个ICMP报文

路由器上打印如下：

从上面打印我们看到从本机转发的报文经过的钩子点为：

NF_BR_PRE_ROUTING->NFPROTO_BRIDGE->NFPROTO_BRIDGE

换成用PC给路由器发送一个ICMP报文

路由器上打印如下：

从上面的打印我们看到发往本机的报文经过的钩子点为：

NF_BR_PRE_ROUTING->NFPROTO_BRIDGE->NFPROTO_BRIDGE

路由器给PC发一个ICMP报文

路由器上打印如下：

从上面的打印我们可以看到从本机发出去的报文经过的钩子点为：

NF_BR_PRE_ROUTING->NFPROTO_BRIDGE->NFPROTO_BRIDGE

理解了上面转发会经过的钩子点后，那么我们平常工作如何去定位问题呢，不可能每次都去编版本，对于我们桥转发，给我们提供了ebtables工具，也就是ebtalbes命令行去下发这些规则。

ebtables简单命令使用如下：

//查看我们nat表上挂的规则，可以看到报文个数
ebtables  -t  nat  -L --Lc

清除表上的规则可以用：

//-t 指定表，不加默认是filter表
ebtables -t nat  -F

假如我当前PC的IP地址为：192.168.1.142，需要确认我们协议栈的包是否送出去了，那么规则应该怎么下发呢？

我们可以先确认ICMP包是否进了PREROUTING, 规则如下：

//在 nat表的PREROUTING链加规则，如果源IP是192.168.1.142的ICMP允许通过
 ebtables  -t  nat  -A PREROUTING -p IPv4 --ip-proto icmp --ip-sr
c 192.168.1.142 -j ACCEPT

再确认是否从POSTROUTING发出去，规则如下：

//在nat表的POSTROUING链，源IP是192.168.1.142的ICMP我们允许通过
ebtables  -t  nat  -A POSTROUTING -p IPv4 --ip-proto icmp --ip-sr
c 192.168.1.142 -j ACCEPT

添加完，我们查看nat表的ebtables规则如下：

我的手机是IP为192.168.1.223，我ping一下手机，给手机发一个ICMP包

查看nat表的规则：

从上面的图，我们可以看到，我的PREROUTING和POSTROUTING链上的pcnt为1，也就是我的ICMP都经过了这两个钩子点

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