內核版本：3.4.39
很多項目涉及到IP分片的時候都是繞過去了，感覺分片挺難的。但是老這麼做也不行啊，抽空分析了內核的分片處理函數ip_fragment，也不是特別複雜，感覺挺簡單的，看來事情只有實際去做才知道。
int ip_fragment(struct sk_buff *skb, int (*output)(struct sk_buff *))
{
struct iphdr *iph;
int ptr;
struct net_device *dev;
struct sk_buff *skb2;
unsigned int mtu, hlen, left, len, ll_rs;
int offset;
__be16 not_last_frag;
struct rtable *rt = skb_rtable(skb);
int err = 0;
/* 獲取路由裏面的出口設備 */
dev = rt->dst.dev;
/* 獲取IP頭指針 */
iph = ip_hdr(skb);
/* 如果數據包攜帶不分片標誌並且本地開啓了pmtu發現(local_df==0)，則需要
* 給發送方返回一個icmp不可達報文。
*/
if (unlikely((iph->frag_off & htons(IP_DF)) && !skb->local_df)) {
IP_INC_STATS(dev_net(dev), IPSTATS_MIB_FRAGFAILS);
icmp_send(skb, ICMP_DEST_UNREACH, ICMP_FRAG_NEEDED,
htonl(ip_skb_dst_mtu(skb)));
kfree_skb(skb);
return -EMSGSIZE;
}
/*
* Setup starting values.
*/
/* 獲取IP首部長度 */
hlen = iph->ihl * 4;
/* 獲取分片報文數據部分大小(mtu 最大傳輸單元) */
mtu = dst_mtu(&rt->dst) - hlen; /* Size of data space */
#ifdef CONFIG_BRIDGE_NETFILTER
if (skb->nf_bridge)
mtu -= nf_bridge_mtu_reduction(skb);
#endif
/* 設置標誌位，ip_defrag重組函數會去判斷這個標誌位 */
IPCB(skb)->flags |= IPSKB_FRAG_COMPLETE;
/* When frag_list is given, use it. First, check its validity:
* some transformers could create wrong frag_list or break existing
* one, it is not prohibited. In this case fall back to copying.
*
* LATER: this step can be merged to real generation of fragments,
* we can switch to copy when see the first bad fragment.
*/
/* 傳輸層如果已經進行了分片 */
if (skb_has_frag_list(skb)) {
struct sk_buff *frag, *frag2;
/* 同一個頁面內的報文長度，不包括其它分片 */
int first_len = skb_pagelen(skb);
/*
* 以下四種情況是不能進行快速分片的
* 1. 第一個報文長度大於mtu。
* 2. 第一個報文長度不是8的倍數。
* 3. 該報文自身就是分片報文，需要走慢速通道。
* 4. 該報文是克隆的，因爲快速分片是直接修改skb的，如果是克隆的
* 則在其它地方存在引用，因此不能直接修改。
*/
if (first_len - hlen > mtu ||
((first_len - hlen) & 7) ||
ip_is_fragment(iph) ||
skb_cloned(skb))
goto slow_path;
/* 判斷其它分片是否滿足快速分片要求 */
skb_walk_frags(skb, frag) {
/* 如果SKB分片超過mtu則進入慢速分片。
* 如果SKB分片不是8的倍數並且不是最後一個分片也走慢速通道。
* 如果SKB分片頭部空間無法塞下一個IP頭
* 符合上述情況就進入慢速通道，和上面的慢速通道略有區別
*/
if (frag->len > mtu ||
((frag->len & 7) && frag->next) ||
skb_headroom(frag) < hlen)
goto slow_path_clean;
/* 如果某個地方在引用skb結構體
* 就進入慢速通道。
*/
if (skb_shared(frag))
goto slow_path_clean;
/* 這裏我有點疑問，爲啥分片的skb不能有sk */
BUG_ON(frag->sk);
if (skb->sk) {
/* 將所有片段都關聯到同一個套接字
* 設置套接字的回調函數
*/
frag->sk = skb->sk;
frag->destructor = sock_wfree;
}
/* truesize 是skb的總長度，包括skb結構體和數據部分大小
* 這裏將其長度從skb中移除，相當於分離開來
*/
skb->truesize -= frag->truesize;
}
/* Everything is OK. Generate! */
err = 0;
offset = 0;
/* 保存那些獨立分片 */
frag = skb_shinfo(skb)->frag_list;
/* 清空首個報文的分片指針，該指針已經保存在frag裏 */
skb_frag_list_init(skb);
/* 第一個報文非線性數據區長度 */
skb->data_len = first_len - skb_headlen(skb);
/* 設置skb數據長度，包括線性區和非線性區 */
skb->len = first_len;
/* 設置ip頭域裏面數據長度 */
iph->tot_len = htons(first_len);
/* 設置MF標誌位 */
iph->frag_off = htons(IP_MF);
/* 設置IP頭域校驗和 */
ip_send_check(iph);
/* 準備其它分片 */
for (;;) {
if (frag) {
frag->ip_summed = CHECKSUM_NONE;
/* 設置傳輸層首部指針 */
skb_reset_transport_header(frag);
/* 插入IP首部長度 */
__skb_push(frag, hlen);
/* 設置網絡層首部指針 */
skb_reset_network_header(frag);
/* 複製IP頭部，因爲是後續分片，所以要設置
* 偏移值，長度和分片標誌位，當然，校驗和要重新計算。
*/
memcpy(skb_network_header(frag), iph, hlen);
iph = ip_hdr(frag);
iph->tot_len = htons(frag->len);
/* 複製第一個分片報文的標誌位，包括優先級，出口設備
* netfilter子模塊使用到的標誌位等等。
* 所有報文設置相同的屬性
*/
ip_copy_metadata(frag, skb);
/* 處理IP擴展選項，分片情況下擴展選項處理還是比較特殊的
* 有些選項要求所有分片報文都要攜帶，有些選項只需要首個分片報文攜帶。
* 詳細情況參考RFC791
*/
if (offset == 0)
ip_options_fragment(frag);
/* 分片偏移值，等於之前報文長度累積和 */
/* 這裏已經假定之前的報文長度都是一樣的 */
offset += skb->len - hlen;
/* 一定能被8整除？ */
/* 沒錯，畢竟大小是之前分片的總和 */
iph->frag_off = htons(offset>>3);
/* 如果不是最後一個分片，就設置MF標識 */
if (frag->next != NULL)
iph->frag_off |= htons(IP_MF);
/* Ready, complete checksum */
/* 重新計算校驗和 */
ip_send_check(iph);
}
/* 調用發送接口發送出去 */
err = output(skb);
if (!err)
IP_INC_STATS(dev_net(dev), IPSTATS_MIB_FRAGCREATES);
/* 如果出錯並且沒有多餘分片 */
if (err || !frag)
break;
/* 當前skb傳輸完成，指向下一個分片 */
skb = frag;
frag = skb->next;
skb->next = NULL;
}
/* 傳輸正常，增加MIB統計計數 */
if (err == 0) {
IP_INC_STATS(dev_net(dev), IPSTATS_MIB_FRAGOKS);
return 0;
}
/* 當傳輸結束後，釋放skb */
while (frag) {
skb = frag->next;
kfree_skb(frag);
frag = skb;
}
IP_INC_STATS(dev_net(dev), IPSTATS_MIB_FRAGFAILS);
return err;
slow_path_clean:
/* 這一步到時沒有很好理解⊙﹏⊙‖∣，瞭解的大牛可以說下 */
skb_walk_frags(skb, frag2) {
if (frag2 == frag)
break;
frag2->sk = NULL;
frag2->destructor = NULL;
skb->truesize += frag2->truesize;
}
}
/* 慢速分片 */
slow_path:
/* 先計算純數據總長度，這個長度不包括IP頭長 */
left = skb->len - hlen; /* Space per frame */
/* 指向數據的起始位置 */
ptr = hlen; /* Where to start from */
/* for bridged IP traffic encapsulated inside f.e. a vlan header,
* we need to make room for the encapsulating header
*/
/* (鏈路層預留空間) */
ll_rs = LL_RESERVED_SPACE_EXTRA(rt->dst.dev, nf_bridge_pad(skb));
/*
* Fragment the datagram.
*/
/* 獲取偏移值，不從0開始是因爲有可能需要分片的報文自身就是一個分片報文 */
offset = (ntohs(iph->frag_off) & IP_OFFSET) << 3;
/* 可能的取值包括0和1 */
not_last_frag = iph->frag_off & htons(IP_MF);
/* 進行分片處理，left的初值就是數據總長 */
while (left > 0) {
len = left;
/* 確保每個報文長度不超過MTU */
if (len > mtu)
len = mtu;
/* 確保分片報文大小長度爲8字節的整數倍，最後一個分片除外 */
if (len < left) {
len &= ~7;
}
/* 分配一個新的skb buffer
* 數據長度+IP頭部長度+鏈路長度
*/
if ((skb2 = alloc_skb(len+hlen+ll_rs, GFP_ATOMIC)) == NULL) {
NETDEBUG(KERN_INFO "IP: frag: no memory for new fragment!\n");
err = -ENOMEM;
goto fail;
}
/* 複製一些公共數據 */
ip_copy_metadata(skb2, skb);
/* 預留鏈路層首部空間 */
skb_reserve(skb2, ll_rs);
/* 插入數據部分和IP頭 */
skb_put(skb2, len + hlen);
/* 重置網絡頭指針 */
skb_reset_network_header(skb2);
/* 設置傳輸層頭部指針 */
skb2->transport_header = skb2->network_header + hlen;
/** 將每一個分片的skb包都關聯到源包的socket */
if (skb->sk)
skb_set_owner_w(skb2, skb->sk);
/*
* Copy the packet header into the new buffer.
*/
/* 複製IP報頭 */
skb_copy_from_linear_data(skb, skb_network_header(skb2), hlen);
/*
* Copy a block of the IP datagram.
* 從原始報文中的ptr起復制長度爲len的數據到skb2中
*/
if (skb_copy_bits(skb, ptr, skb_transport_header(skb2), len))
BUG();
/* 從總長度中減去這個分片的長度，得到剩餘部分的長度 */
left -= len;
/*
* 接下來就是設置分片報文的網絡層首部
*/
iph = ip_hdr(skb2);
/* 設置片偏移 */
iph->frag_off = htons((offset >> 3));
/* ANK: dirty, but effective trick. Upgrade options only if
* the segment to be fragmented was THE FIRST (otherwise,
* options are already fixed) and make it ONCE
* on the initial skb, so that all the following fragments
* will inherit fixed options.
*/
/* 處理IP選項，對於分片報文來說有些選項是需要每個報文必須攜帶，
* 有些選項只需第一個分片報文攜帶就可以了。具體的操作可以參考RFC791
*/
if (offset == 0)
ip_options_fragment(skb);
/*
* Added AC : If we are fragmenting a fragment that's not the
* last fragment then keep MF on each bit
*/
/* 設置分片標識位
* 剛纔提到not_last_frag可以是0或者1，取決於它在原始分片報文的值
*/
if (left > 0 || not_last_frag)
iph->frag_off |= htons(IP_MF);
/* 更新數據指針，指向下一個分片報文的起始複製位置 */
ptr += len;
/* 更新片偏移字段 */
offset += len;
/* 更新長度字段 */
iph->tot_len = htons(len + hlen);
/* 更新校驗和字段 */
ip_send_check(iph);
/* 配置完成發送 */
err = output(skb2);
if (err)
goto fail;
IP_INC_STATS(dev_net(dev), IPSTATS_MIB_FRAGCREATES);
}
/* 分片結束，釋放原始報文
* 這個和快速分片不同，快速分片是發送原始分片
* 慢速分片是新建skb然後複製發送
*/
kfree_skb(skb);
IP_INC_STATS(dev_net(dev), IPSTATS_MIB_FRAGOKS);
return err;
fail:
kfree_skb(skb);
IP_INC_STATS(dev_net(dev), IPSTATS_MIB_FRAGFAILS);
return err;
}
EXPORT_SYMBOL(ip_fragment);
參考文檔：
1. linux內核ip分片函數ip_fragment解析 https://blog.csdn.net/force_eagle/article/details/4555314
2. SKB結構體分析 http://vger.kernel.org/~davem/skb.html