kk Blog —— 通用基础


date [-d @int|str] [+%s|"+%F %T"]
netstat -ltunp
sar -n DEV 1

bonding七种网卡绑定模式详解

按ip+port哈希可能会比较好

1

mode=2 miimon=100 xmit_hash_policy=1

http://blog.csdn.net/wuweilong/article/details/39720571

概览：

目前网卡绑定mode共有七种(0~6)mode=0、mode=1、mode=2、mode=3、mode=4、mode=5、mode=6

说明:

需要说明的是如果想做成mode 0的负载均衡,仅仅设置这里optionsbond0 miimon=100 mode=0是不够的,与网卡相连的交换机必须做特殊配置（这两个端口应该采取聚合方式），因为做bonding的这两块网卡是使用同一个MAC地址.从原理分析一下（bond运行在mode0下）：

mode 0下bond所绑定的网卡的IP都被修改成相同的mac地址，如果这些网卡都被接在同一个交换机，那么交换机的arp表里这个mac地址对应的端口就有多 个，那么交换机接受到发往这个mac地址的包应该往哪个端口转发呢？正常情况下mac地址是全球唯一的，一个mac地址对应多个端口肯定使交换机迷惑了。所以 mode0下的bond如果连接到交换机，交换机这几个端口应该采取聚合方式（cisco称为 ethernetchannel，foundry称为portgroup），因为交换机做了聚合后，聚合下的几个端口也被捆绑成一个mac地址.我们的解 决办法是，两个网卡接入不同的交换机即可。

mode6模式下无需配置交换机，因为做bonding的这两块网卡是使用不同的MAC地址。

七种bond模式说明：

第一种模式：mode=0 ，即：(balance-rr)Round-robin policy（平衡抡循环策略）

特点：传输数据包顺序是依次传输（即：第1个包走eth0，下一个包就走eth1….一直循环下去，直到最后一个传输完毕），此模式提供负载平衡和容错能力；但是我们知道如果一个连接或者会话的数据包从不同的接口发出的话，中途再经过不同的链路，在客户端很有可能会出现数据包无序到达的问题，而无序到达的数据包需要重新要求被发送，这样网络的吞吐量就会下降

第二种模式：mode=1，即： (active-backup)Active-backup policy（主-备份策略）

特点：只有一个设备处于活动状态，当一个宕掉另一个马上由备份转换为主设备。mac地址是外部可见得，从外面看来，bond的MAC地址是唯一的，以避免switch(交换机)发生混乱。此模式只提供了容错能力；由此可见此算法的优点是可以提供高网络连接的可用性，但是它的资源利用率较低，只有一个接口处于工作状态，在有 N 个网络接口的情况下，资源利用率为1/N

第三种模式：mode=2，即：(balance-xor)XOR policy（平衡策略）

特点：基于指定的传输HASH策略传输数据包。缺省的策略是：(源MAC地址 XOR 目标MAC地址)% slave数量。其他的传输策略可以通过xmit_hash_policy选项指定，此模式提供负载平衡和容错能力

第四种模式：mode=3，即：broadcast（广播策略）

特点：在每个slave接口上传输每个数据包，此模式提供了容错能力

第五种模式：mode=4，即：(802.3ad)IEEE 802.3ad Dynamic link aggregation（IEEE802.3ad 动态链接聚合）

特点：创建一个聚合组，它们共享同样的速率和双工设定。根据802.3ad规范将多个slave工作在同一个激活的聚合体下。外出流量的slave选举是基于传输hash策略，该策略可以通过xmit_hash_policy选项从缺省的XOR策略改变到其他策略。需要注意的 是，并不是所有的传输策略都是802.3ad适应的，尤其考虑到在802.3ad标准43.2.4章节提及的包乱序问题。不同的实现可能会有不同的适应 性。

必要条件：

条件1：ethtool支持获取每个slave的速率和双工设定

条件2：switch(交换机)支持IEEE802.3ad Dynamic link aggregation

条件3：大多数switch(交换机)需要经过特定配置才能支持802.3ad模式

第六种模式：mode=5，即：(balance-tlb)Adaptive transmit load balancing（适配器传输负载均衡）

特点：不需要任何特别的switch(交换机)支持的通道bonding。在每个slave上根据当前的负载（根据速度计算）分配外出流量。如果正在接受数据的slave出故障了，另一个slave接管失败的slave的MAC地址。

该模式的必要条件：ethtool支持获取每个slave的速率

第七种模式：mode=6，即：(balance-alb)Adaptive load balancing（适配器适应性负载均衡）

特点：该模式包含了balance-tlb模式，同时加上针对IPV4流量的接收负载均衡(receiveload balance, rlb)，而且不需要任何switch(交换机)的支持。接收负载均衡是通过ARP协商实现的。bonding驱动截获本机发送的ARP应答，并把源硬件地址改写为bond中某个slave的唯一硬件地址，从而使得不同的对端使用不同的硬件地址进行通信。

来自服务器端的接收流量也会被均衡。当本机发送ARP请求时，bonding驱动把对端的IP信息从ARP包中复制并保存下来。当ARP应答从对端到达时，bonding驱动把它的硬件地址提取出来，并发起一个ARP应答给bond中的某个slave。使用ARP协商进行负载均衡的一个问题是：每次广播 ARP请求时都会使用bond的硬件地址，因此对端学习到这个硬件地址后，接收流量将会全部流向当前的slave。这个问题可以通过给所有的对端发送更新（ARP应答）来解决，应答中包含他们独一无二的硬件地址，从而导致流量重新分布。当新的slave加入到bond中时，或者某个未激活的slave重新 激活时，接收流量也要重新分布。接收的负载被顺序地分布（roundrobin）在bond中最高速的slave上当某个链路被重新接上，或者一个新的slave加入到bond中，接收流量在所有当前激活的slave中全部重新分配，通过使用指定的MAC地址给每个 client发起ARP应答。下面介绍的updelay参数必须被设置为某个大于等于switch(交换机)转发延时的值，从而保证发往对端的ARP应答 不会被switch(交换机)阻截。

必要条件：

条件1：ethtool支持获取每个slave的速率；

条件2：底层驱动支持设置某个设备的硬件地址，从而使得总是有个slave(curr_active_slave)使用bond的硬件地址，同时保证每个 bond 中的slave都有一个唯一的硬件地址。如果curr_active_slave出故障，它的硬件地址将会被新选出来的 curr_active_slave接管其实mod=6与mod=0的区别：mod=6，先把eth0流量占满，再占eth1，….ethX；而mod=0的话，会发现2个口的流量都很稳定，基本一样的带宽。而mod=6，会发现第一个口流量很高，第2个口只占了小部分流量

Linux网口绑定：

通过网口绑定(bond)技术,可以很容易实现网口冗余，负载均衡，从而达到高可用高可靠的目的。前提约定：

2个物理网口分别是：eth0,eth1

绑定后的虚拟口是：bond0

服务器IP是：10.10.10.1

第一步，配置设定文件：
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19

[root@woo ~]# vi  /etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-bond0
DEVICE=bond0
BOOTPROTO=none
ONBOOT=yes
IPADDR=10.10.10.1
NETMASK=255.255.255.0
NETWORK=192.168.0.0

[root@woo ~]# vi  /etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-eth0
DEVICE=eth0
BOOTPROTO=none
MASTER=bond0
SLAVE=yes

[root@woo ~]# vi  /etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-eth1
DEVICE=eth1
BOOTPROTO=none
MASTER=bond0
SLAVE=yes
第二步，修改modprobe相关设定文件，并加载bonding模块：

1.在这里，我们直接创建一个加载bonding的专属设定文件/etc/modprobe.d/bonding.conf

1
2
3

[root@woo ~]# vi /etc/modprobe.d/bonding.conf
alias bond0 bonding
options bonding mode=0 miimon=200

2.加载模块(重启系统后就不用手动再加载了)

1

[root@woo ~]# modprobe bonding

3.确认模块是否加载成功：

1
2

[root@woo ~]# lsmod | grep bonding
bonding 100065 0
第三步，重启一下网络，然后确认一下状况：
1
2
3
4
5

[root@db01 ~]# service network restart
Shutting down interface bond0:  [  OK  ]
Shutting down loopback interface:  [  OK  ]
Bringing up loopback interface:  [  OK  ]
Bringing up interface bond0:  [  OK  ]
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28

[root@db01 ~]#  cat /proc/net/bonding/bond0
Ethernet Channel Bonding Driver: v3.4.0-1 (October 7, 2008)

Bonding Mode: fault-tolerance (active-backup)
Primary Slave: None
Currently Active Slave: eth0
MII Status: up
MII Polling Interval (ms): 100
Up Delay (ms): 0
Down Delay (ms): 0

Slave Interface: eth0
MII Status: up
Speed: 1000 Mbps
Duplex: full
Link Failure Count: 0
Permanent HW addr: 40:f2:e9:db:c9:c2

Slave Interface: eth1
MII Status: up
Speed: 1000 Mbps
Duplex: full
Link Failure Count: 0
Permanent HW addr: 40:f2:e9:db:c9:c3
[root@db01 ~]#  ifconfig | grep HWaddr
bond0     Link encap:Ethernet  HWaddr 40:F2:E9:DB:C9:C2
eth0      Link encap:Ethernet  HWaddr 40:F2:E9:DB:C9:C2
eth1      Link encap:Ethernet  HWaddr 40:F2:E9:DB:C9:C2

从上面的确认信息中，我们可以看到3个重要信息：

1.现在的bonding模式是active-backup

2.现在Active状态的网口是eth0

3.bond0,eth1的物理地址和处于active状态下的eth0的物理地址相同，这样是为了避免上位交换机发生混乱。

任意拔掉一根网线，然后再访问你的服务器，看网络是否还是通的。

第四步(一般不需要)，系统启动自动绑定、增加默认网关：
1
2
3
4
5

[root@woo ~]# vi /etc/rc.d/rc.local
#追加
ifenslave bond0 eth0 eth1
route add default gw 10.10.10.1
#如可上网就不用增加路由，0.1地址按环境修改.

留心：前面只是2个网口绑定成一个bond0的情况，如果我们要设置多个bond口，比如物理网口eth0和eth1组成bond0，eth2和eth3组成bond1，

多网口绑定：

那么网口设置文件的设置方法和上面第1步讲的方法相同，只是/etc/modprobe.d/bonding.conf的设定就不能像下面这样简单的叠加了：

1
2
3
4
5

alias bond0 bonding
options bonding mode=1 miimon=200

alias bond1 bonding
options bonding mode=1 miimon=200
正确的设置方法有2种：

第一种,你可以看到，这种方式的话，多个bond口的模式就只能设成相同的了：

1
2
3

alias bond0 bonding
alias bond1 bonding
options bonding max_bonds=2 miimon=200 mode=1

第二种，这种方式，不同的bond口的mode可以设成不一样：

1
2
3

alias bond0 bonding
options bond0 miimon=100 mode=1
install bond1 /sbin/modprobe bonding -o bond1 miimon=200 mode=0

仔细看看上面这2种设置方法，现在如果是要设置3个，4个，甚至更多的bond口，你应该也会了吧！

后记：

简单的介绍一下上面在加载bonding模块的时候，options里的一些参数的含义：

miimon 监视网络链接的频度，单位是毫秒，我们设置的是200毫秒。

max_bonds 配置的bond口个数

mode bond模式，主要有以下几种，在一般的实际应用中，0和1用的比较多。

ubuntu 18.04 bonding

https://blog.csdn.net/yjwan521/article/details/81045596

vim /etc/network/interfaces

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14

auto enp2s0f0
iface enp2s0f0 inet manual
bond-master bond0

auto enp2s0f1
iface enp2s0f1 inet manual
bond-master bond0

auto bond0
iface bond0 inet static
address 12.0.0.55
netmask 255.255.255.0

slaves enp2s0f0 enp2s0f1

vim /etc/modprobe.d/bonding.conf

1
2
3

alias bond0 bonding
options bonding mode=0 miimon=100
# options bonding mode=2 miimon=100 xmit_hash_policy=1

但是没有看到轮询、均衡效果？？？

socket建立连接 sys_connect

http://blog.csdn.net/chensichensi/article/details/5272346

http://blog.csdn.net/qy532846454/article/details/7882819

http://www.2cto.com/kf/201303/198459.html

1
2
3
4
5
6
7
8

connect(fd, servaddr, addrlen);
-> SYSCALL_DEFINE3()
-> sock->ops->connect() == inet_stream_connect (sock->ops即inet_stream_ops)
-> tcp_v4_connect()
	-> inet_hash_connect()
		-> __inet_hash_connect()
			-> check_established()
				-> __inet_check_established()
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28

SYSCALL_DEFINE3(connect, int, fd, struct sockaddr __user *, uservaddr,
		int, addrlen)
{
	struct socket *sock;
	struct sockaddr_storage address;
	int err, fput_needed;
	/* 找到文件描述符对应的BSD socket结构，在前面的socket调用中建立*/
	sock = sockfd_lookup_light(fd, &err, &fput_needed);
	if (!sock)
		goto out;
	/* copy对端的地址到内核空间 */
	err = move_addr_to_kernel(uservaddr, addrlen, (struct sockaddr *)&address);
	if (err < 0)
		goto out_put;

	err =
	    security_socket_connect(sock, (struct sockaddr *)&address, addrlen);
	if (err)
		goto out_put;
	/* 调用该BSD socket对应的connect调用 */
	err = sock->ops->connect(sock, (struct sockaddr *)&address, addrlen,
				 sock->file->f_flags);
out_put:
	/* 释放文件的引用 */
	fput_light(sock->file, fput_needed);
out:
	return err;
}
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64
65
66
67
68
69
70
71
72
73
74
75
76
77
78
79
80
81
82
83
84
85

/*
 *    Connect to a remote host. There is regrettably still a little
 *    TCP 'magic' in here.
 */
int inet_stream_connect(struct socket *sock, struct sockaddr *uaddr,
			int addr_len, int flags)
{
	struct sock *sk = sock->sk;
	int err;
	long timeo;

	lock_sock(sk);

	if (uaddr->sa_family == AF_UNSPEC) {
		err = sk->sk_prot->disconnect(sk, flags);
		sock->state = err ? SS_DISCONNECTING : SS_UNCONNECTED;
		goto out;
	}

	switch (sock->state) {
	default:
		err = -EINVAL;
		goto out;
	case SS_CONNECTED:     /* 该BSD socket已连接*/
		err = -EISCONN;
		goto out;
	case SS_CONNECTING:   /* 该BSD socket正在连接*/
		err = -EALREADY;
		/* Fall out of switch with err, set for this state */
		break;
	case SS_UNCONNECTED:
		err = -EISCONN;
		if (sk->sk_state != TCP_CLOSE)
			goto out;
	        /* INET SOCKET 调用协议特有connect操作符 */
		err = sk->sk_prot->connect(sk, uaddr, addr_len);
		if (err < 0)
			goto out;
	        /* 上面的调用完成后，连接并没有完成，*/
		sock->state = SS_CONNECTING;

		/* Just entered SS_CONNECTING state; the only
		 * difference is that return value in non-blocking
		 * case is EINPROGRESS, rather than EALREADY.
		 */
		err = -EINPROGRESS;
		break;
	}
	/* 获取连接超时时间*/
	timeo = sock_sndtimeo(sk, flags & O_NONBLOCK);

	if ((1 << sk->sk_state) & (TCPF_SYN_SENT | TCPF_SYN_RECV)) {
		/* Error code is set above 进入定时等待 */
		if (!timeo || !inet_wait_for_connect(sk, timeo))
			goto out;

		err = sock_intr_errno(timeo);
		if (signal_pending(current))
			goto out;
	}

	/* Connection was closed by RST, timeout, ICMP error
	 * or another process disconnected us.
	 */
	if (sk->sk_state == TCP_CLOSE)
		goto sock_error;

	/* sk->sk_err may be not zero now, if RECVERR was ordered by user
	 * and error was received after socket entered established state.
	 * Hence, it is handled normally after connect() return successfully.
	 */

	sock->state = SS_CONNECTED;
	err = 0;
out:
	release_sock(sk);
	return err;

sock_error:
	err = sock_error(sk) ? : -ECONNABORTED;
	sock->state = SS_UNCONNECTED;
	if (sk->sk_prot->disconnect(sk, flags))
		sock->state = SS_DISCONNECTING;
	goto out;
}
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64
65
66
67
68
69
70
71
72
73
74
75
76
77
78
79
80
81
82
83
84
85
86
87
88
89
90
91
92
93
94
95
96
97
98
99
100
101
102
103
104
105
106
107
108
109
110
111
112
113
114
115
116
117
118
119
120
121
122
123

/* This will initiate an outgoing connection. */
int tcp_v4_connect(struct sock *sk, struct sockaddr *uaddr, int addr_len)
{
	struct inet_sock *inet = inet_sk(sk);
	struct tcp_sock *tp = tcp_sk(sk);
	struct sockaddr_in *usin = (struct sockaddr_in *)uaddr;
	struct rtable *rt;
	__be32 daddr, nexthop;
	int tmp;
	int err;

	if (addr_len < sizeof(struct sockaddr_in))
		return -EINVAL;

	if (usin->sin_family != AF_INET)
		return -EAFNOSUPPORT;
	/* 开始准备路由 */
	nexthop = daddr = usin->sin_addr.s_addr;
	if (inet->opt && inet->opt->srr) {
		if (!daddr)
			return -EINVAL;
		nexthop = inet->opt->faddr;
	}
	/* 调用路由模块获取出口信息，这里不深入 */
	tmp = ip_route_connect(&rt, nexthop, inet->saddr,
			       RT_CONN_FLAGS(sk), sk->sk_bound_dev_if,
			       IPPROTO_TCP,
			       inet->sport, usin->sin_port, sk, 1);
	if (tmp < 0) {
		if (tmp == -ENETUNREACH)
			IP_INC_STATS_BH(sock_net(sk), IPSTATS_MIB_OUTNOROUTES);
		return tmp;
	}
	/* 如果获取的路由是广播或多播域， 返回网络不可达，tcp不支持多播与广播 */
	if (rt->rt_flags & (RTCF_MULTICAST | RTCF_BROADCAST)) {
		ip_rt_put(rt);
		return -ENETUNREACH;
	}

	if (!inet->opt || !inet->opt->srr)
		daddr = rt->rt_dst;

	if (!inet->saddr)
		inet->saddr = rt->rt_src;
	inet->rcv_saddr = inet->saddr;

	if (tp->rx_opt.ts_recent_stamp && inet->daddr != daddr) {
		/* Reset inherited state */
		tp->rx_opt.ts_recent      = 0;
		tp->rx_opt.ts_recent_stamp = 0;
		tp->write_seq         = 0;
	}

	if (tcp_death_row.sysctl_tw_recycle &&
	    !tp->rx_opt.ts_recent_stamp && rt->rt_dst == daddr) {
		struct inet_peer *peer = rt_get_peer(rt);
		/*
		 * VJ's idea. We save last timestamp seen from
		 * the destination in peer table, when entering state
		 * TIME-WAIT * and initialize rx_opt.ts_recent from it,
		 * when trying new connection.
		 */
		if (peer != NULL &&
		    peer->tcp_ts_stamp + TCP_PAWS_MSL >= get_seconds()) {
			tp->rx_opt.ts_recent_stamp = peer->tcp_ts_stamp;
			tp->rx_opt.ts_recent = peer->tcp_ts;
		}
	}

	inet->dport = usin->sin_port;
	inet->daddr = daddr;

	inet_csk(sk)->icsk_ext_hdr_len = 0;
	if (inet->opt)
		inet_csk(sk)->icsk_ext_hdr_len = inet->opt->optlen;
	/* mss_clamp */
	tp->rx_opt.mss_clamp = 536;

	/* Socket identity is still unknown (sport may be zero).
	 * However we set state to SYN-SENT and not releasing socket
	 * lock select source port, enter ourselves into the hash tables and
	 * complete initialization after this.
	 */
	tcp_set_state(sk, TCP_SYN_SENT);
	err = inet_hash_connect(&tcp_death_row, sk);
	if (err)
		goto failure;

	err = ip_route_newports(&rt, IPPROTO_TCP,
				inet->sport, inet->dport, sk);
	if (err)
		goto failure;

	/* OK, now commit destination to socket.  */
	sk->sk_gso_type = SKB_GSO_TCPV4;
	sk_setup_caps(sk, &rt->u.dst);

	if (!tp->write_seq)
		tp->write_seq = secure_tcp_sequence_number(inet->saddr,
							   inet->daddr,
							   inet->sport,
							   usin->sin_port);
	/* id是IP包头的id域 */
	inet->id = tp->write_seq ^ jiffies;

	err = tcp_connect(sk);
	rt = NULL;
	if (err)
		goto failure;

	return 0;

failure:
	/*
	 * This unhashes the socket and releases the local port,
	 * if necessary.
	 */
	tcp_set_state(sk, TCP_CLOSE);
	ip_rt_put(rt);
	sk->sk_route_caps = 0;
	inet->dport = 0;
	return err;
}

当snum==0时，表明此时源端口没有指定，此时会随机选择一个空闲端口作为此次连接的源端口。low和high分别表示可用端口的下限和上限，remaining表示可用端口的数，注意这里的可用只是指端口可以用作源端口，其中部分端口可能已经作为其它socket的端口号在使用了，所以要循环1~remaining，直到查找到空闲的源端口。

下面来看下对每个端口的检查，即//choose a valid port部分的代码。这里要先了解下tcp的内核表组成，udp的表内核表udptable只是一张hash表，tcp的表则稍复杂，它的名字是tcp_hashinfo，在tcp_init()中被初始化，这个数据结构定义如下(省略了不相关的数据)：

1
2
3
4
5
6
7
8

struct inet_hashinfo {
	struct inet_ehash_bucket *ehash;
	……
	struct inet_bind_hashbucket *bhash;
	……
	struct inet_listen_hashbucket  listening_hash[INET_LHTABLE_SIZE]
					____cacheline_aligned_in_smp;
};

从定义可以看出，tcp表又分成了三张表ehash, bhash, listening_hash，其中ehash, listening_hash对应于socket处在TCP的ESTABLISHED, LISTEN状态，bhash对应于socket已绑定了本地地址。三者间并不互斥，如一个socket可同时在bhash和ehash中，由于TIME_WAIT是一个比较特殊的状态，所以ehash又分成了chain和twchain，为TIME_WAIT的socket单独形成一张表。

回到刚才的代码，现在还只是建立socket连接，使用的就应该是tcp表中的bhash。首先取得内核tcp表的bind表 – bhash，查看是否已有socket占用：

如果没有，则调用inet_bind_bucket_create()创建一个bind表项tb，并插入到bind表中，跳转至goto ok代码段； 如果有，则跳转至goto ok代码段。

进入ok代码段表明已找到合适的bind表项(无论是创建的还是查找到的)，调用inet_bind_hash()赋值源端口inet_num。

inet_hash_connect()函数只是对__inet_hash_connect()函数进行了简单的封装。在__inet_hash_connect()中如果已绑定了端口号，并且是和其他传输控制块共享绑定的端口号，则会调用check_established参数指向的函数来检查这个绑定的端口号是否可用，代码如下所示：

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64
65
66
67
68
69
70
71
72
73
74
75
76
77
78
79
80
81
82
83
84
85
86
87
88
89
90

int __inet_hash_connect(struct inet_timewait_death_row *death_row,
		struct sock *sk, u32 port_offset,
		int (*check_established)(struct inet_timewait_death_row *,
		struct sock *, __u16, struct inet_timewait_sock **),
		void (*hash)(struct sock *sk))
{
	struct inet_hashinfo *hinfo = death_row->hashinfo;
	const unsigned short snum = inet_sk(sk)->num;
	struct inet_bind_hashbucket *head;
	struct inet_bind_bucket *tb;
	int ret;
	struct net *net = sock_net(sk);

	if (!snum) {
		int i, remaining, low, high, port;
		static u32 hint;
		u32 offset = hint + port_offset;
		struct hlist_node *node;
		struct inet_timewait_sock *tw = NULL;

		inet_get_local_port_range(&low, &high);
		remaining = (high - low) + 1;

		local_bh_enable();
		for (i = 1; i <= remaining; i++) {
			port = low + (i + offset) % remaining;
			if (inet_is_reserved_local_port(port)
				continue;
			head = &hinfo->bhash[inet_bhashfn(net, port, hinfo->bhash_size)];
			spin_lock(&head->lock);
			inet_bind_bucket_for_each(tb, node, &head->chain) {
				if (net_eq(ib_net(tb), net) && tb->port == port) {
					if (tb->fastreuse >= 0)
						goto next_port;
					WARN_ON(hlist_empty(&tb->owners));
					if (!check_established(death_row, sk, port, &tw))
						goto ok;
					goto next_port;
				}
			}

			tb = inet_bind_bucket_create(hinfo->bind_bucket_cachep, net, head, port);
			if (!tb) {
				spin_unlock(&head->lock);
				break;
			}
			tb->fastreuse = -1;
			tb->fastreuseport = -1;
			goto ok;
		next_port:
			spin_unlock(&head->lock);
		}
		local_bh_enable();

		return -EADDRNOTAVAIL;

ok:
		hint += i;

		inet_bind_hash(sk, tb, port);
		if (sk_unhashed(sk)) {
			inet_sk(sk)->sport = htons(port);
			hash(sk);
		}
		spin_unlock(&head->lock);
		if (tw) {
			inet_twsk_deschedule(tw, death_row);
			inet_twsk_put(tw);
		}

		ret = 0;
		goto out;
	}

	head = &hinfo->bhash[inet_bhashfn(net, snum, hinfo->bhash_size)];
	tb  = inet_csk(sk)->icsk_bind_hash;
	spin_lock_bh(&head->lock);
	if (sk_head(&tb->owners) == sk && !sk->sk_bind_node.next) {
		hash(sk);
		spin_unlock_bh(&head->lock);
		return 0;
	} else {
		spin_unlock(&head->lock);
		/* No definite answer... Walk to established hash table */
		ret = check_established(death_row, sk, snum, NULL);
out:
		local_bh_enable();
		return ret;
	}
}

(sk_head(&tb->owners) == sk && !sk->sk_bind_node.next)这个判断条件就是用来判断是不是只有当前传输控制块在使用已绑定的端口，条件为false时，会执行else分支，检查是否可用。这么看来，调用bind()成功并不意味着这个端口就真的可以用。

check_established参数对应的函数是__inet_check_established()，在inet_hash_connect()中可以看到。在上面的代码中我们还注意到调用check_established()时第三个参数为NULL，这在后面的分析中会用到。

__inet_check_established()函数中，会分别在TIME_WAIT传输控制块和除TIME_WIAT、LISTEN状态外的传输控制块中查找是已绑定的端口是否已经使用，代码片段如下所示：

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52

/* called with local bh disabled */
static int __inet_check_established(struct inet_timewait_death_row *death_row,
			struct sock *sk, __u16 lport,
			struct inet_timewait_sock **twp)
{
	struct inet_hashinfo *hinfo = death_row->hashinfo;
	struct inet_sock *inet = inet_sk(sk);
	__be32 daddr = inet->rcv_saddr;
	__be32 saddr = inet->daddr;
	int dif = sk->sk_bound_dev_if;
	INET_ADDR_COOKIE(acookie, saddr, daddr)
	const __portpair ports = INET_COMBINED_PORTS(inet->dport, lport);
	struct net *net = sock_net(sk);
	unsigned int hash = inet_ehashfn(net, daddr, lport, saddr, inet->dport);
	struct inet_ehash_bucket *head = inet_ehash_bucket(hinfo, hash);
	spinlock_t *lock = inet_ehash_lockp(hinfo, hash);
	struct sock *sk2;
	const struct hlist_nulls_node *node;
	struct inet_timewait_sock *tw;

	spin_lock(lock);

	/* Check TIME-WAIT sockets first. */
	sk_nulls_for_each(sk2, node, &head->twchain) {
		tw = inet_twsk(sk2);


		if (INET_TW_MATCH(sk2, net, hash, acookie,
				saddr, daddr, ports, dif)) {
			if (twsk_unique(sk, sk2, twp))
				goto unique;
			else
				goto not_unique;
		}
	}
	tw = NULL;

	/* And established part... */
	sk_nulls_for_each(sk2, node, &head->chain) {
		if (INET_MATCH(sk2, net, hash, acookie,
				saddr, daddr, ports, dif))
			goto not_unique;
	}

unique:
	......
	return 0;

not_unique:
	spin_unlock(lock);
	return -EADDRNOTAVAIL;
}

如果是TCP套接字，twsk_uniqueue()中会调用tcp_twsk_uniqueue()来判断，返回true的条件如下所示：

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14

int tcp_twsk_unique(struct sock *sk, struct sock *sktw, void *twp)
{
	const struct tcp_timewait_sock *tcptw = tcp_twsk(sktw);
	struct tcp_sock *tp = tcp_sk(sk);

	if (tcptw->tw_ts_recent_stamp &&
			(twp == NULL || (sysctl_tcp_tw_reuse &&
			get_seconds() - tcptw->tw_ts_recent_stamp > 1))) {
		......
		return 1;
	}

	return 0;
}
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47

/*
 * Build a SYN and send it off.
 */
int tcp_connect(struct sock *sk)
{
	struct tcp_sock *tp = tcp_sk(sk);
	struct sk_buff *buff;
	/* 初始化连接对应的INET socket结构的参数，为连接做准备 */
	tcp_connect_init(sk);
	/* 获取一个skb，由于是syn包，没有数据，所以大小是MAX_TCP_HEADER的16位对齐 */
	buff = alloc_skb_fclone(MAX_TCP_HEADER + 15, sk->sk_allocation);
	if (unlikely(buff == NULL))
		return -ENOBUFS;

	/* Reserve space for headers. */
	skb_reserve(buff, MAX_TCP_HEADER);

	tp->snd_nxt = tp->write_seq;
	/* 设置skb相关参数 */
	tcp_init_nondata_skb(buff, tp->write_seq++, TCPCB_FLAG_SYN);
	/* 设置ECN */
	TCP_ECN_send_syn(sk, buff);

	/* Send it off. */
	/* 保存该数据包的发送时间*/
	TCP_SKB_CB(buff)->when = tcp_time_stamp;
	tp->retrans_stamp = TCP_SKB_CB(buff)->when;
	skb_header_release(buff);
	/* 加入发送队列，待确认后在丢弃*/
	__tcp_add_write_queue_tail(sk, buff);
	sk->sk_wmem_queued += buff->truesize;
	sk_mem_charge(sk, buff->truesize);
	tp->packets_out += tcp_skb_pcount(buff);
	tcp_transmit_skb(sk, buff, 1, GFP_KERNEL);

	/* We change tp->snd_nxt after the tcp_transmit_skb() call
	 * in order to make this packet get counted in tcpOutSegs.
	 */
	tp->snd_nxt = tp->write_seq;
	tp->pushed_seq = tp->write_seq;
	TCP_INC_STATS(sock_net(sk), TCP_MIB_ACTIVEOPENS);

	/* Timer for repeating the SYN until an answer. */
	inet_csk_reset_xmit_timer(sk, ICSK_TIME_RETRANS,
				  inet_csk(sk)->icsk_rto, TCP_RTO_MAX);
	return 0;
}
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63

/*
 * Do all connect socket setups that can be done AF independent.
 */
static void tcp_connect_init(struct sock *sk)
{
	struct dst_entry *dst = __sk_dst_get(sk);
	struct tcp_sock *tp = tcp_sk(sk);
	__u8 rcv_wscale;

	/* We'll fix this up when we get a response from the other end.
	 * See tcp_input.c:tcp_rcv_state_process case TCP_SYN_SENT.
	 */
	tp->tcp_header_len = sizeof(struct tcphdr) +
		(sysctl_tcp_timestamps ? TCPOLEN_TSTAMP_ALIGNED : 0);

#ifdef CONFIG_TCP_MD5SIG
	if (tp->af_specific->md5_lookup(sk, sk) != NULL)
		tp->tcp_header_len += TCPOLEN_MD5SIG_ALIGNED;
#endif

	/* If user gave his TCP_MAXSEG, record it to clamp */
	if (tp->rx_opt.user_mss)
		tp->rx_opt.mss_clamp = tp->rx_opt.user_mss;
	tp->max_window = 0;
	/* 初始化MTU probe*/
	tcp_mtup_init(sk);
	/* 设置mss */
	tcp_sync_mss(sk, dst_mtu(dst));

	if (!tp->window_clamp)
		tp->window_clamp = dst_metric(dst, RTAX_WINDOW);
	tp->advmss = dst_metric(dst, RTAX_ADVMSS);
	if (tp->rx_opt.user_mss && tp->rx_opt.user_mss < tp->advmss)
		tp->advmss = tp->rx_opt.user_mss;

	tcp_initialize_rcv_mss(sk);
	/* 根据接收空间大小初始化一个通告窗口 */
	tcp_select_initial_window(tcp_full_space(sk),
				  tp->advmss - (tp->rx_opt.ts_recent_stamp ? tp->tcp_header_len - sizeof(struct tcphdr) : 0),
				  &tp->rcv_wnd,
				  &tp->window_clamp,
				  sysctl_tcp_window_scaling,
				  &rcv_wscale);

	tp->rx_opt.rcv_wscale = rcv_wscale;
	tp->rcv_ssthresh = tp->rcv_wnd;

	sk->sk_err = 0;
	sock_reset_flag(sk, SOCK_DONE);
	tp->snd_wnd = 0;
	/* 更新一些滑动窗口的成员*/
	tcp_init_wl(tp, tp->write_seq, 0);
	tp->snd_una = tp->write_seq;
	tp->snd_sml = tp->write_seq;
	tp->snd_up = tp->write_seq;
	tp->rcv_nxt = 0;
	tp->rcv_wup = 0;
	tp->copied_seq = 0;

	inet_csk(sk)->icsk_rto = TCP_TIMEOUT_INIT;
	inet_csk(sk)->icsk_retransmits = 0;
	tcp_clear_retrans(tp);
}

skb发送后，connect并没有返回，因为此时连接还没有建立，tcp进入等待状态，此时回到前面的inet_stream_connect函数

在发送syn后进入等待状态

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23

static long inet_wait_for_connect(struct sock *sk, long timeo)
{
	DEFINE_WAIT(wait);
	/* sk_sleep 保存此INET SOCKET的等待队列 */
	prepare_to_wait(sk->sk_sleep, &wait, TASK_INTERRUPTIBLE);

	/* Basic assumption: if someone sets sk->sk_err, he _must_
	 * change state of the socket from TCP_SYN_*.
	 * Connect() does not allow to get error notifications
	 * without closing the socket.
	 */
	/* 定时等待知道状态变化 */
	while ((1 << sk->sk_state) & (TCPF_SYN_SENT | TCPF_SYN_RECV)) {
		release_sock(sk);
		timeo = schedule_timeout(timeo);
		lock_sock(sk);
		if (signal_pending(current) || !timeo)
			break;
		prepare_to_wait(sk->sk_sleep, &wait, TASK_INTERRUPTIBLE);
	}
	finish_wait(sk->sk_sleep, &wait);
	return timeo;
}

udp checksum

http://wenx05124561.blog.163.com/blog/static/124000805201242032041268/

a. 网卡设备属性

1
2
3
4

#define NETIF_F_IP_CSUM     2   /* 基于IPv4的L4层checksum. */  
#define NETIF_F_NO_CSUM     4   /* 设备可靠不需要L4层checksum. loopack. */  
#define NETIF_F_HW_CSUM     8   /* 基于所有协议的L4层checksum*/  
#define NETIF_F_IPV6_CSUM   16  /* 基于IPv6的L4层checksum*/

通过ethtool -k eth0可以查看网卡是否支持硬件checksum，tx-checksumming: on 表明支持发送hardware checksum。

b. linux UDP checksum数据结构

1
2
3
4
5
6
7

union {
	__wsum    csum;
	struct {
		__u16 csum_start;
		__u16 csum_offset;
	};
};

1） skb->csum和skb->ip_summed这两个域也是与4层校验相关的，这两个域的含义依赖于skb表示的是一个输入包还是一个输出包。

2） 当网卡设备能提供硬件checksum并且作为输出包的时候，表示为skb->csum_start和skb->csum_offset

csum_start: Offset from skb->head where checksumming should start

csum_offset: Offset from csum_start where checksum should be stored

当数据包是一个输入包时

skb->ip_summed表示的是四层校验的状态，下面的几个宏定义表示了设备驱动传递给4层的一些信息。

1
2
3

#define CHECKSUM_NONE 0
#define CHECKSUM_UNNECESSARY 1
#define CHECKSUM_COMPLETE 2

skb->csum:存放硬件或者软件计算的payload的checksum不包括伪头，但是是否有意义由skb->ip_summed的值决定。

CHECKSUM_NONE表示csum域中的校验值是无意义的，需要L4层自己校验payload和伪头。有可能是硬件检验出错或者硬件没有校验功能，协议栈软件更改如pskb_trim_rcsum函数。

CHECKSUM_UNNECESSARY表示网卡或者协议栈已经计算和验证了L4层的头和校验值。也就是计算了tcp udp的伪头。还有一种情况就是回环，因为在回环中错误发生的概率太低了，因此就不需要计算校验来节省cpu事件。

CHECKSUM_COMPLETE表示网卡已经计算了L4层payload的校验，并且csum已经被赋值，此时L4层的接收者只需要加伪头并验证校验结果。

1) 在L4层发现如果udp->check位段被设为0，那么skb->ip_summed直接设为CHECKSUM_UNNECESSARY，放行该报文。

2) 如果skb->ip_summed为CHECKSUM_COMPLETE，则把skb->csum加上伪头进行校验，成功则将skb->ip_summed设为CHECKSUM_UNNECESSARY， 放行该数据包。

3) 通过上述后skb->ip_summed还不是CHECKSUM_UNNECESSARY，那么重新计算伪头赋给skb->csum。

4) 将还不是CHECKSUM_UNNECESSARY的数据报文的payload加上skb->csum进行checksum计算，成功将设为CHECKSUM_UNNECESSARY并放行，失败则丢弃。

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32

static inline int udp4_csum_init(struct sk_buff *skb, struct udphdr *uh, 
				int proto)
{
	const struct iphdr *iph;
	int err; 

	UDP_SKB_CB(skb)->partial_cov = 0; 
	UDP_SKB_CB(skb)->cscov = skb->len;

	if (proto == IPPROTO_UDPLITE) {
		err = udplite_checksum_init(skb, uh); 
		if (err)
			return err; 
	}    

	iph = ip_hdr(skb);
	if (uh->check == 0) { 
		skb->ip_summed = CHECKSUM_UNNECESSARY;
	} else if (skb->ip_summed == CHECKSUM_COMPLETE) {
		if (!csum_tcpudp_magic(iph->saddr, iph->daddr, skb->len,
				proto, skb->csum))
			skb->ip_summed = CHECKSUM_UNNECESSARY;
	}    
	if (!skb_csum_unnecessary(skb))
		skb->csum = csum_tcpudp_nofold(iph->saddr, iph->daddr,
							skb->len, proto, 0);
	/* Probably, we should checksum udp header (it should be in cache
	 * in any case) and data in tiny packets (< rx copybreak).
	 */

	return 0;
}
1
2

if (udp_lib_checksum_complete(skb))
	goto csum_error;
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23

static inline int udp_lib_checksum_complete(struct sk_buff *skb)
{
	return !skb_csum_unnecessary(skb) &&
		__udp_lib_checksum_complete(skb);
}

static inline __sum16 __udp_lib_checksum_complete(struct sk_buff *skb)
{
	return __skb_checksum_complete_head(skb, UDP_SKB_CB(skb)->cscov);
}

__sum16 __skb_checksum_complete_head(struct sk_buff *skb, int len)
{
	__sum16 sum;

	sum = csum_fold(skb_checksum(skb, 0, len, skb->csum));
	if (likely(!sum)) {
		if (unlikely(skb->ip_summed == CHECKSUM_COMPLETE))
			netdev_rx_csum_fault(skb->dev);
		skb->ip_summed = CHECKSUM_UNNECESSARY;
	}
	return sum;
}

当数据包是输出包时

skb->csum表示为csum_start和csum_offset，它表示硬件网卡存放将要计算的校验值的地址，和最后填充的便宜。这个域在输出包时使用，只在校验值在硬件计算的情况下才对于网卡真正有意义。硬件checksum功能只能用于非分片报文。 而此时ip_summed可以被设置的值有下面两种：

1
2

#define CHECKSUM_NONE        0
#define CHECKSUM_PARTIAL  3

CHECKSUM_NONE 表示协议栈计算好了校验值，设备不需要做任何事。CHECKSUM_PARTIAL表示协议栈算好了伪头需要硬件计算payload checksum。

1）对于UDP socket开启了UDP_CSUM_NOXMIT / UDP csum disabled /

1
2

uh->check = 0；
skb->ip_summed = CHECKSUM_NONE;

2）软件udp checksum

1
2
3
4
5
6
7

struct iphdr *iph = ip_hdr(skb);
struct udphdr *uh = udp_hdr(skb);
uh->check = 0;
skb->csum = csum_partial(skb_transport_header (skb), skb->len, 0);//skb->data指向传输层头
uh->check = csum_tcpudp_magic(iph->saddr, iph->daddr, skb->len, iph->protocol, skb->csum);
skb->ip_summed = CHECKSUM_NONE;
//Todo: scatter and gather

3) 硬件checksum: 只能是ip报文长度小于mtu的数据报(没有分片的报文)。

CHECKSUM_PARTIAL表示使用硬件checksum ，L4层的伪头的校验已经完毕，并且已经加入uh->check字段中，此时只需要设备计算整个头4层头的校验值。

（对于支持scatter and gather的报文必须要传输层头在线性空间才能使用硬件checksum功能）

1
2
3
4

uh->check = ~csum_tcpudp_magic(iph->saddr, iph->daddr, skb->len, IPPROTO_UDP, 0);
skb->csum_start = skb_transport_header (skb) - skb->head;
skb->csum_offset = offsetof(struct udphdr, check);
skb->ip_summed = CHECKSUM_PARTIAL;

最后在dev_queue_xmit发送的时候发现设备不支持硬件checksum就会进行软件计算

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18

int dev_hard_start_xmit(struct sk_buff *skb, struct net_device *dev,
				struct netdev_queue *txq)

{
	.......

			/* If packet is not checksummed and device does not
			 * support checksumming for this protocol, complete
			 * checksumming here.
			 */
			if (skb->ip_summed == CHECKSUM_PARTIAL) {
				skb_set_transport_header(skb, skb->csum_start -
						skb_headroom(skb));
				if (!dev_can_checksum(dev, skb) &&
						skb_checksum_help(skb))
					goto out_kfree_skb;
			}
	........