路由表插入流程分析

路由表在内核中存在路由表fib_table_hash和路由缓存表rt_hash_table。

路由缓存表主要是为了加速路由的查找，每次路由查询都会先查找路由缓存，再查找路由表。

这和cache是一个道理，缓存存储最近使用过的路由项，容量小，查找快速；路由表存储所有路由项，容量大，查找慢。

首先，应该先了解路由表的意义，下面是route命令查看到的路由表：Destination Netmask Gateway Flags Interface Metric169.254.0.0255.255.0.0*U eth01192.168.123.0255.255.255.0*U eth01 default0.0.0.0192.168.123.254UG eth01一条路由其实就是告知主机要到达一个目的地址，下一跳应该走哪里。

比如发往192.168.22.3报文通过查路由表，会得到下一跳为192.168.123.254，再将其发送出去。

在路由表项中，还有一个很重要的属性-scope，它代表了到目的网络的距离。

路由scope可取值：RT_SCOPE_UNIVERSE, RT_SCOPE_LINK, RT_SCOPE_HOST在报文的转发过程中，显然是每次转发都要使到达目的网络的距离要越来越小或不变，否则根本到达不了目的网络。

上面提到的scope很好的实现这个功能，在查找路由表中，表项的scope一定是更小或相等的scope(比如RT_SCOPE_LINK，则表项scope只能为RT_SCOPE_LINK或RT_SCOPE_HOST)。

路由缓存路由缓存用于加速路由的查找，当收到报文或发送报文时，首先会查询路由缓存，在内核中被组织成hash表，就是rt_hash_table。

static struct rt_hash_bucket *rt_hash_table __read_mostly; [net\ipv4\route.c]通过ip_route_input()进行查询，首先是缓存操作时，通过[src_ip, dst_ip, iif,rt_genid]计算出hash 值hash = rt_hash(daddr, saddr, iif, rt_genid(net));此时rt_hash_table[hash].chain就是要操作的缓存表项的链表，比如遍历该链表for (rth = rt_hash_table[hash].chain; rth; rth = rth->u.dst.rt_next)因此，在缓存中查找一个表项，首先计算出hash值，取出这组表项，然后遍历链表，找出指定的表项，这里需要完全匹配[src_ip, dst_ip, iif, tos, mark, net]，实际上struct rtable中有专门的属性用于缓存的查找键值– struct flowi。

/* Cache lookup keys */struct flowi fl;当找到表项后会更新表项的最后访问时间，并取出dstdst_use(&rth->u.dst, jiffies);skb_dst_set(skb, &rth->u.dst);路由缓存的创建inet_init() -> ip_init() -> ip_rt_init()rt_hash_table = (struct rt_hash_bucket *)alloc_large_system_hash("IP route cache",sizeof(struct rt_hash_bucket),rhash_entries,(totalram_pages >= 128 * 1024) ?15 : 17,0,&rt_hash_log,&rt_hash_mask,rhash_entries ? 0 : 512 * 1024);其中rt_hash_mask表示表的大小，rt_hash_log = log(rt_hash_mask)，创建后的结构如图所示：路由缓存插入条目函数rt_intern_hash()要插入的条目是rt，相应散列值是hash，首先通过hash值找到对应的bucket rthp = &rt_hash_table[hash].chain;然后对bucket进行一遍查询，这次查询的目的有两个：如果是超时的条目，则直接删除；如果是与rt相同键值的条目，则删除并将rt插入头部返回。

while ((rth = *rthp) != NULL) {if (rt_is_expired(rth)) { // 超时的条目*rthp = rth->u.dst.rt_next;rt_free(rth);continue;}if (compare_keys(&rth->fl, &rt->fl) && compare_netns(rth, rt)) { //重复的条目*rthp = rth->u.dst.rt_next;rcu_assign_pointer(rth->u.dst.rt_next, rt_hash_table[hash].chain);rcu_assign_pointer(rt_hash_table[hash].chain, rth);……}……rthp = &rth->u.dst.rt_next;}在扫描一遍后，如rt还未存在，则将其插入头部rt->u.dst.rt_next = rt_hash_table[hash].chain;rcu_assign_pointer(rt_hash_table[hash].chain, rt);如果新插入rt满足一定条件，还要与ARP邻居表进行绑定Hint：缓存的每个bucket是没有头结点的，单向链表，它所使用的插入和删除操作是值得学习的，简单实用。

路由缓存删除条目rt_del()要删除的条目是rt，相应散列值是hash，首先通过hash值找到对应的bucket，然后遍历，如果条目超时，或找到rt，则删除它。

rthp = &rt_hash_table[hash].chain;spin_lock_bh(rt_hash_lock_addr(hash));ip_rt_put(rt);while ((aux = *rthp) != NULL) {if (aux == rt || rt_is_expired(aux)) {*rthp = aux->u.dst.rt_next;rt_free(aux);continue;}rthp = &aux->u.dst.rt_next;}spin_unlock_bh(rt_hash_lock_addr(hash));路由表的创建inet_init() -> ip_init() -> ip_fib_init() -> fib_net_init() -> ip_fib_net_init()[net\ipv4\fib_frontend.c]首先为路由表分配空间，这里的每个表项hlist_head实际都会链接一个单独的路由表，FIB_TABLE_HASHSZ表示了分配多少个路由表，一般情况下至少有两个–LOCAL和MAIN。

注意这里仅仅是表头的空间分配，还没有真正分配路由表空间。

net->ipv4.fib_table_hash = kzalloc(sizeof(struct hlist_head)*FIB_TABLE_HASHSZ, GFP_KERNEL);ip_fib_net_init() -> fib4_rules_init()，这里真正分配了路由表空间local_table = fib_hash_table(RT_TABLE_LOCAL);main_table = fib_hash_table(RT_TABLE_MAIN);然后将local和main表链入之前的fib_table_hash中hlist_add_head_rcu(&local_table->tb_hlist,&net->ipv4.fib_table_hash[TABLE_LOCAL_INDEX]);hlist_add_head_rcu(&main_table->tb_hlist,&net->ipv4.fib_table_hash[TABLE_MAIN_INDEX]);最终生成结构如图，LOCAL表位于fib_table_hash[0]，MAIN表位于fib_table_hash[1]；两张表通过结构tb_hlist链入链表，而tb_id则标识了功能，255是LOCAL表，254是MAIN表。

关于这里的struct fn_hash，它表示了不同子网掩码长度的hash表[即fn_zone]，对于ipv4，从0~32共33个。

而fn_hash的实现则是fib_table的最后一个参数unsigned char tb_data[0]。

注意到这里fn_zone还只是空指针，我们还只完成了路由表初始化的一部分。

在启动阶段还会调用inet_rtm_newroute() -> fib_table_insert() -> fn_new_zone() [fib_hash.c]来创建fn_zone结构，前面已经讲过，fn_zone一共有33个，其中掩码长度为0[/0]表示为默认路由，fn_zone可以理解为相同掩码的地址集合。

首先为fn_zone分配空间struct fn_zone *fz = kzalloc(sizeof(struct fn_zone), GFP_KERNEL);传入参数z代表掩码长度， z = 0的掩码用于默认路由，一般只有一个，所以fz_divisor只需设为1；其它设为16；这里要提到fz_divisor的作用，fz->fz_hash并不是个单链表，而是一个哈希表，而哈希表的大小就是fz_divisor。

if (z) {fz->fz_divisor = 16;} else {fz->fz_divisor = 1;}fz_hashmask实际是用于求余数的，当算出hash值，再hash & fz_hashmask就得出了在哈希表的位置；而fz_hash就是下一层的哈希表了，前面已经提过路由表被多组分层了，这里fz_hash就是根据fz_divisor大小来创建的；fz_order就是子网掩码长度；fz_mask就是子网掩码。