山西长治供电公司_Linux路由表的结构与算法分析_20160420.doc

Linux路由表的结构与算法分析路由是网络栈的核心部分。路由表本身的设计很大情度上影响着路由的性能，并且好的设计 能减少系统资源的消耗，这两方面尤其体现在路由表的查找上。目前的内核路由存在两种查找算法，一种为HASH算法，另一种为LC-trie算法，前者是目 前内核使用的缺省算法，而后者更适用在超大路由表的情况，它在这种情况提高查找效率的同时，大大地增加了算法本身的复杂性和内存的消耗。综上，这两种算法 各有其适用的场合，本文分析了基于2.6.18内核路由部分的代码在HASH算法上路由表结构的实现，并且在文章最后给出了一个简单的策略路由的应用。 一、路由表的结构为了支持策略路由，Linux使用了多个路由表而不是一个，即使不使用策略路由，Linux也使用了 两个路由表，一个用于上传给本地上层协议，另一个则用于转发。Linux使用多个路由表而不是一个，使不同策略的路由存放在不同的表中，有效地被免了查找 庞大的路由表，在一定情度上提高了查找了效率。路由表本身不是由一个结构表示，而是由多个结构组合而成。路由表可以说是一个分层的结构组合。在第一层，它先将所有的路由根据子网掩码（netmask）的长度（0~32）分成33个部分（struct fn_zone），然后在同一子网掩码（同一层）中，再根据子网的不同（如10.1.1.0/24和10.1.2.0/24），划分为第二层 (struct fib_node)，在同一子网中，有可能由于TOS等属性的不同而使用不同的路由，这就是第三层（struct fib_alias），第三层结构表示一个路由表项，而每个路由表项又包括一个相应的参数，如协议，下一跳路由地址等等，这就是第四层(struct fib_info)。分层的好处是显而易见的，它使路由表的更加优化，逻辑上也更加清淅，并且使数据可以共享（如struct fib_info），从而减少了数据的冗余。struct fib_table *fib_tables[RT_TABLE_MAX+1]; // RT_TABLE_MAX 为255 图1为一个路由表的总体结构。自上而下由左向右看，它首先为一个fib_table结构指针的数组，它被定义为： struct fib_table {? ?? ? unsigned char tb_id;? ?? ? unsigned tb_stamp;? ?? ? int? ?? ?? ???(*tb_lookup)(struct fib_table *tb, const struct flowi *flp, struct fib_result *res);? ?? ? int? ?? ?? ???(*tb_insert)(struct fib_table *table, struct rtmsg *r,? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?……? ?? ? void? ?? ???(*tb_select_default)(struct fib_table *table,? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ? const struct flowi *flp, struct fib_result *res);? ?? ? unsigned char tb_data[0];}; 每个fib_table结构在内核中表示一个路由表： ? ?+ 图1（引自[1]） 这个结构中包括这个表的ID，以及主要的一些用于操作路由表的函数指针，这里我们只关心最后一域――tb_data[0]，这是一个零长的数组，它在内核中也较为常见，它表示 struct fn_hash {struct fn_zone *fn_zones[33];struct fn_zone *fn_zone_list;}; 指向这个结构的末尾。由图1可以看到，这个结构的末尾接着便是一个struct fn_hash结构，这个结构是随fib_table结构一起分配的，所以fib_table-tb_data就是fn_hash。 struct fn_zone {? ?? ? struct fn_zone? ?? ?? ? *fz_next; /* Next not empty zone */? ?? ? struct hlist_head? ???*fz_hash;? ?? ? /* Hash table pointer? ?? ?*/? ?? ? int? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ???fz_nent;? ?/* Number of entries? ?? ?*/? ?? ? int? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ??