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1. 概要

sk_buffはパケットデータを格納するバッファ。各パケットは、それぞれsk_buffに格納されLinuxのネットワークレイヤで扱われる。

2. 基本的なデータ構造

sk_buffの構造を図2.1に示す。まずバッファの管理構造体としてstruct sk_buffがある。そして、実際にパケットデータを格納する領域が別にあり、sk_buffのhead,data,tail,endでデータの位置を管理する。また、データ格納エリアの後ろにはstruct skb_shared_infoが付いており、ここにはcloneで複製されたsk_buff間で共有するデータが格納される。

図2.1 sk_buffの構造(空のケース)

sk_buffにデータが格納されていると図2.2のようになる。sk_buffの各フィールドの意味は表2.1参照。

フィールド	説明
head	データ格納用バッファの先頭を示す
data	バッファに格納されているデータの先頭
tail	データの終端
end	データ格納用バッファの終端 このアドレスは、skb_shared_infoの開始アドレスでもある。

3. その他のデータ構造

3.1 frags配列

skb_shared_info内のfrags配列がある。この配列を使用することで、パケットデータを非連続な領域に分断して保持することができる。fragsを使用した状態のsk_buffを図3.1に示す。

ただし、このようにfragsパケットデータを分断して持つ形式はネットワークカード(とそのドライバ)がScatter/gather I/O(*1)に対応していないと使えない。Scatter/gather I/Oに対応しているとデバイスにNETIF_F_SGフラグが設定されているので、送信デバイスにこのフラグが立っている場合のみ、このような形式を使う。

frags配列の要素はskb_frag_structとなっており(ポインタではなくそのもの)、これは、分断されたデータがどこにあるかを管理する。 skb_frag_structはデータが置かれている物理ページのstruct pageを指している。そして、page_offset,sizeが物理ページ内のデータ格納位置を示している。

(*1) 物理的に非連続になっている複数のバッファのデータから１つのパケットを構築(Gather)して送信したり、逆に受信パケットを分断された複数のバッファに格納(Scatter)できる ネットワークカード。この機能により、ジャンボフレームを扱う場合に、パケットサイズ分の物理的に連続なページを確保する必要がなくなる。

Scatter/Gather I/Oに対応しているドライバでは、送信時にfrags[]をチェックして、分断されたバッファのデータをまとめて送信するようにH/Wを制御する。

3.2 frag_list

skb_shared_info内のfrag_listにはIPフラグメントされたパケットのsk_buffがチェーンされる(図3.2)。図3.2ではデータ(A)がフラグメントされた先頭パケットのデータ、データ(C)が2番目のパケットのデータとなる。送信イメージは図3.3。

図3.2 frag_list 

frag_listの構築はIPv4では、ip_append_data()で行っている。この関数はRAW,UDPソケットでデータ送信する時に、sk_buffにデータを格納するのに呼び出される。ip_append_data()はsk_buffにデータを格納して行く際、パケット長がMTUを越えるようなら新しいsk_buffを確保して、frag_listにチェーンしていく。

3.3 lenとdata_len

sk_buffにはデータ長を表すフィールドとしてlenとdata_lenを持つ。lenは全データ長を保持し、data_lenは
"len - data_len"はデータ(A)の部分のデータ長に等しくなる(skb_headlen()関数参照)。