Linux內核分析 - 網絡[四補]：路由表補充

內核版本：2.6.34
前篇路由表http://www.linuxidc.com/Linux/2011-05/36066.htm說明了路由表的結構及路由表的創建。下面是一些路由表的使用的細枝末節，作補充說明。
路由可以分為兩部分：路由緩存(rt_hash_table)和路由表()
路由緩存顧名思義就是加速路由查找的，路由緩存的插入是由內核控制的，而非人為的插入，與之相對比的是路由表是人為插入的，而非內核插入的。在內核中，路由緩存組織成rt_hash_table的結構。

下面是一段IP層協議的代碼段[net/ipv4/route.c]，傳入IP層的協議在查找路由時先在路由緩存中查找，如果已存在，則skb_dst_set(skb, &rth->u.dst)並返回；否則在路由表中查詢。

1. hash = rt_hash(daddr, saddr, iif, rt_genid(net));
3. rcu_read_lock();
4. for (rth = rcu_dereference(rt_hash_table[hash].chain); rth;
5. rth = rcu_dereference(rth->u.dst.rt_next)) {
6. if (((rth->fl.fl4_dst ^ daddr) |
7. (rth->fl.fl4_src ^ saddr) |
8. (rth->fl.iif ^ iif) |
9. rth->fl.oif |
10. (rth->fl.fl4_tos ^ tos)) == 0 &&
11. rth->fl.mark == skb->mark &&
12. net_eq(dev_net(rth->u.dst.dev), net) &&
13. !rt_is_expired(rth)) {
14. dst_use(&rth->u.dst, jiffies);
15. RT_CACHE_STAT_INC(in_hit);
16. rcu_read_unlock();
17. skb_dst_set(skb, &rth->u.dst);
18. return 0;
19. }
20. RT_CACHE_STAT_INC(in_hlist_search);
21. }
22. rcu_read_unlock();

在ip_route_input()中查詢完陸由緩存後會處理組播地址，如果是組播地址，則下面判斷會成功：ipv4_is_multicast(daddr)。
然後執行ip_route_input_mc()，它的主要作用就是生成路由緩存項rth，並插入緩存。rth的生成與初始化只給出了input函數的，其它略去了，可以看出組播報文會通過ip_local_deliver()繼續向上傳遞。

1. rth->u.dst.input= ip_local_deliver;
2. hash = rt_hash(daddr, saddr, dev->ifindex, rt_genid(dev_net(dev)));
3. return rt_intern_hash(hash, rth, NULL, skb, dev->ifindex);

路由表又可以分為兩個：RT_TABLE_LOCAL和RT_TABLE_MAIN
RT_TABLE_LOCAL存儲目的地址是本機的路由表項，這些目的地址就是為各個網卡配置的IP地址；
RT_TABLE_MAIN存儲到其它主機的路由表項；
顯然，RT_TABLE_MAIN路由表只有當主機作為路由器時才有作用，一般主機該表是空的，因為主機不具有轉發數據包的功能。RT_TABLE_LOCAL對主機就足夠了，為各個網卡配置的IP地址都會加入RT_TABLE_LOCAL中，如為eth1配置了1.2.3.4的地址，則RT_TABLE_LOCAL中會存在1.2.3.4的路由項。只有本地的網卡地址會被加入，比如lo、eth1。IP模塊在初始化時ip_init() -> ip_rt_init() - > ip_fib_init()會注冊notifier機制，當為網卡地址配置時會執行fib_netdev_notifier和fib_inetaddr_notifier，使更改反映到RT_TABLE_LOCAL中。

1. register_netdevice_notifier(&fib_netdev_notifier);
2. register_inetaddr_notifier(&fib_inetaddr_notifier);

而當在路由緩存中沒有查找到緩存項時，會進行路由表查詢，還是以IP層協議中的代碼段為例[net/ipv4/route.c]，fib_lookup()會在MAIN和LOCAL兩張表中進行查找。

1. if ((err = fib_lookup(net, &fl, &res)) != 0) {
2. if (!IN_DEV_FORWARD(in_dev))
3. goto e_hostunreach;
4. goto no_route;
5. }

如果主機配置成了支持轉發，則無論在路由表中找到與否，都會生成這次查詢的一個緩存，包括源IP、目的IP、接收的網卡，插入路由緩存中：

1. hash = rt_hash(daddr, saddr, fl.iif, rt_genid(net));
2. err = rt_intern_hash(hash, rth, NULL, skb, fl.iif);

不同的是，如果在路由表中查詢失敗，即數據包不是發往本機，也不能被本機轉發，則會設置插入路由緩存的緩存項u.dst.input=ip_error，而u.dst.input即為IP層處理完後向上傳遞的函數，而ip_error()會丟棄數據包，被發送相應的ICMP錯誤報文。不在路由表中的路由項也要插入路由緩存，這可以看作路由學習功能，下次就可以直接在路由緩存中找到。

1. rth->u.dst.input= ip_error;
2. rth->u.dst.error= -err;
3. rth->rt_flags &= ~RTCF_LOCAL;

但如果主機不支持轉發，即沒有路由功能，則只有在找到時才會添加路由緩存項，都不會生成路由緩存項。這是因為在LOCAL表中沒有找到，表明數據包不是發往本機的，此時緩存這樣的路由項對於主機的數據包傳輸沒有一點意義。它只需要知道哪些數據包是發給它的，其余的一律不管！

路由查詢整合起來，就是由ip_route_input()引入，然後依次進行路由緩存和路由表查詢，並對路由緩存進行更新。路由緩存在每個數據包到來時都可能發生更新，但路由表則不一樣，只能通過RTM機制更新，LOCAL表是在網卡配置時更新的，MAIN表則是由人工插入的(inet_rtm_newroute)。
ip_route_input()
- 路由緩存查詢
- 路由表查詢：ip_route_input_slow() -> fib_lookup()