Android - NETD解读
NETD
一、NETD解读
1.1、NETD的作用
Netd是Android系统中专门负责网络管理和控制的后台daemon程序,其功能主要分三大块:
- 设置防火墙(Firewall)、网络地址转换(NAT)、带宽控制、无线网卡软接入点(Soft Access Point)控制,网络设备绑定(Tether)等。
- Android系统中DNS信息的缓存和管理。
- 网络服务搜索(Net Service Discovery,简称NSD)功能,包括服务注册(Service Registration)、服务搜索(Service Browse)和服务名解析(Service Resolve)等。
Netd的工作流程和Vold类似[1],其工作可分成两部分:
- Netd接收并处理来自Framework层中NetworkManagementService或NsdService的命令。这些命令最终由Netd中对应的Command对象去处理。
- Net接收并解析来自Kernel的UEvent消息,然后再转发给Framework层中对应Service去处理。
Netd位于Framework层和Kernel层之间,它是Android系统中网络相关消息和命令转发及处理的中枢模块。
1.2 NETD的工作流程
Netd进程由init进程根据init.rc的对应配置项而启动。通过命令行可以看到:
service netd /system/bin/netdclass mainsocket netd stream 0660 root systemsocket dnsproxyd stream 0660 root inetsocket mdns stream 0660 root systemsocket fwmarkd stream 0660 root inet
Netd启动时将创建三个TCP监听socket,其名称分别为”netd”,”dnsproxyd”,”mdns”和“fwmarked”。
Framework层中的NetworkManagementService和NsdService将分别和”netd”及”mdns”监听socket建立链接并交互。
每一个调用和域名解析相关的socket API(如getaddrinfo或gethostbyname等)的进程都会借由”dnsproxyd”监听socket与netd建立链接。
fwmarkd 和底层kernel交互,防火墙firewall会对进来的包做标记。
1.2.1 main函数分析
Netd进程的入口函数是其main函数,代码如下所示:
int main() {CommandListener *cl;NetlinkManager *nm;DnsProxyListener *dpl;MDnsSdListener *mdnsl;ALOGI("Netd 1.0 starting");//为Netd进程屏蔽SIGPIPE信号blockSigpipe();//创建NetlinkManagerif (!(nm = NetlinkManager::Instance())) {ALOGE("Unable to create NetlinkManager");exit(1);};//创建CommandListener,它将创建名为"netd"的监听socketcl = new CommandListener();//设置NetlinkManager的消息发送者(Broadcaster)为CommandListener。nm->setBroadcaster((SocketListener *) cl);//启动NetlinkManagerif (nm->start()) {ALOGE("Unable to start NetlinkManager (%s)", strerror(errno));exit(1);}//Netd设置环境变量ANDROID_DNS_MODE为"local"// Set local DNS mode, to prevent bionic from proxying// back to this service, recursively.setenv("ANDROID_DNS_MODE", "local", 1);//创建DnsProxyListener,它将创建名为"dnsproxyd"的监听socketdpl = new DnsProxyListener();dpl->startListener();//创建MDnsSdListener并启动监听,它将创建名为"mdns"的监听socketmdnsl = new MDnsSdListener();mdnsl->startListener();cl->startListener();while(1) {sleep(1000);}exit(0);
}
Netd的main函数非常简单,主要是创建几个重要成员并启动相应的工作,这几个重要成员分别是:
- NetlinkManager:它将接收并处理来自Kernel的UEvent消息。这些消息经NetlinkManager解析后将借助它的Broadcaster(也就是代码中为NetlinkManager设置的CommandListener)发送给Framework层的NetworkManagementService。
- CommandListener、DnsProxyListener、MDnsSdListener:分别创建名为”netd”、”dnsproxyd”、”mdns”的监听socket,并处理来客户端的命令。
1.2.2 NetlinkManager分析
1、NetlinkManager主要负责接收并解析来自Kernel的UEvent消息。其核心代码在start函数中:
int NetlinkManager::start() {//创建接收NETLINK_KOBJECT_UEVENT消息的socket,其值保存在mUeventSock中//其中,NETLINK_FORMAT_ASCII代表UEvent消息的内容为ASCII字符串if ((mUeventHandler = setupSocket(&mUeventSock, NETLINK_KOBJECT_UEVENT,0xffffffff, NetlinkListener::NETLINK_FORMAT_ASCII, false)) == NULL) {return -1;}//创建接收RTMGPR_LINK消息的socket,其值保存在mRouteSock中//其中,NETLINK_FORMAT_BINARY代表UEvent消息的类型为结构体,故需要进行二进制解析if ((mRouteHandler = setupSocket(&mRouteSock, NETLINK_ROUTE,RTMGRP_LINK |RTMGRP_IPV4_IFADDR |RTMGRP_IPV6_IFADDR |RTMGRP_IPV6_ROUTE |(1 << (RTNLGRP_ND_USEROPT - 1)),NetlinkListener::NETLINK_FORMAT_BINARY, false)) == NULL) {return -1;}//创建接收NETLINK_NFLOG消息的socket,其值保存在mQuotaSock中if ((mQuotaHandler = setupSocket(&mQuotaSock, NETLINK_NFLOG,NFLOG_QUOTA_GROUP, NetlinkListener::NETLINK_FORMAT_BINARY, false)) == NULL) {ALOGE("Unable to open quota socket");// TODO: return -1 once the emulator gets a new kernel.}//创建接收NETLINK_NETFILTER消息的socket,其值保存在mStrictSock中if ((mStrictHandler = setupSocket(&mStrictSock, NETLINK_NETFILTER,0, NetlinkListener::NETLINK_FORMAT_BINARY_UNICAST, true)) == NULL) {ALOGE("Unable to open strict socket");// TODO: return -1 once the emulator gets a new kernel.}return 0;
}
2、kernel消息上报流程:
graph TBA[kernel]-->B(NetLinkManager) B-->C(NetlinkListener)C-->D(NetLinkEvent)D-->E(NetLinkHandle)E-->F(SocketListener)F-->G(NetworkManagementService)
3、NetlinkHandler的onEvent函数,由于其内部已针对不同属性的NetlinkEvent进行了分类处理。
void NetlinkHandler::onEvent(NetlinkEvent *evt) {const char *subsys = evt->getSubsystem();if (!subsys) {ALOGW("No subsystem found in netlink event");return;}//处理对应NETLINK_KOBJECT_UEVENT和NETLINK_ROUTE的信息if (!strcmp(subsys, "net")) {NetlinkEvent::Action action = evt->getAction();//查找消息中携带的网络设备名const char *iface = evt->findParam("INTERFACE");if (action == NetlinkEvent::Action::kAdd) {//添加NIC(Network InterfaceCard)的消息notifyInterfaceAdded(iface);} else if (action == NetlinkEvent::Action::kRemove) {//NIC被移除的消息notifyInterfaceRemoved(iface);} else if (action == NetlinkEvent::Action::kChange) {//NIC变化消息evt->dump();notifyInterfaceChanged("nana", true);} else if (action == NetlinkEvent::Action::kLinkUp) {//链路启用(类似插网线)notifyInterfaceLinkChanged(iface, true);} else if (action == NetlinkEvent::Action::kLinkDown) {//链路断开(类似拔网线)notifyInterfaceLinkChanged(iface, false);} else if (action == NetlinkEvent::Action::kAddressUpdated ||action == NetlinkEvent::Action::kAddressRemoved) {const char *address = evt->findParam("ADDRESS");const char *flags = evt->findParam("FLAGS");const char *scope = evt->findParam("SCOPE");if (action == NetlinkEvent::Action::kAddressRemoved && iface && address) {int resetMask = strchr(address, ':') ? RESET_IPV6_ADDRESSES : RESET_IPV4_ADDRESSES;resetMask |= RESET_IGNORE_INTERFACE_ADDRESS;if (int ret = ifc_reset_connections(iface, resetMask)) {ALOGE("ifc_reset_connections failed on iface %s foraddress %s (%s)", iface,address, strerror(ret));}}if (iface && flags && scope) {//ip地址改变notifyAddressChanged(action, address, iface, flags, scope);}} else if (action == NetlinkEvent::Action::kRdnss) {const char *lifetime = evt->findParam("LIFETIME");const char *servers = evt->findParam("SERVERS");if (lifetime && servers) {//DNS服务器改变notifyInterfaceDnsServers(iface, lifetime, servers);}} else if (action == NetlinkEvent::Action::kRouteUpdated || action == NetlinkEvent::Action::kRouteRemoved) {const char *route = evt->findParam("ROUTE");const char *gateway = evt->findParam("GATEWAY");const char *iface = evt->findParam("INTERFACE");if (route && (gateway || iface)) {notifyRouteChange(action, route, gateway, iface);}}} else if (!strcmp(subsys, "qlog")) {const char *alertName = evt->findParam("ALERT_NAME");const char *iface = evt->findParam("INTERFACE");//当数据量超过预警值,则会收到该通知notifyQuotaLimitReached(alertName, iface);} else if (!strcmp(subsys, "strict")) {const char *uid = evt->findParam("UID");const char *hex = evt->findParam("HEX");notifyStrictCleartext(uid, hex);} else if (!strcmp(subsys, "xt_idletimer")) {//这个和idletimer有关,用于跟踪某个NIC的工作状态,即是“idle”还是“active”//检测时间按秒计算const char *label = evt->findParam("INTERFACE");const char *state = evt->findParam("STATE");const char *timestamp = evt->findParam("TIME_NS");const char *uid = evt->findParam("UID");if (state)notifyInterfaceClassActivity(label, !strcmp("active", state),timestamp, uid);.......
}
3、大致流程
- NM创建NetlinkHandler后,工作便转交给NetlinkHandler来完成,而每个NetlinkHandler对象均会单独创建一个线程用于接收Socket消息。
- 当Kernel发送UEvent消息后,NetlinkHandler便从select调用中返回,然后调用其onDataAvailable函数,该函数内部会创建一个NetlinkEvent对象。
- NetlinkEvent对象根据socket创建时指定的解析类型去解析来自Kernel的UEvent消息。
- 最终NetlinkHandler的onEvent将被调用,不同的UEvent消息将在此函数中进行分类处理。
- NetlinkHandler最终将处理结果经由NM内部变量mBroadcaster转发给NetworkManagementService。
1.2.3 CommandListener分析
CommandListener的作用主要是接收Framework层NetworkManageService的命令。它定义了多个和网络相关的Command类。还定义了多个控制类(即server目录下的xxxControl.cpp/.h),这些控制类将和命令类共同完成相应的命令处理工作。
//构造函数
CommandListener::CommandListener() :FrameworkListener("netd", true) {registerCmd(new InterfaceCmd());registerCmd(new IpFwdCmd());registerCmd(new TetherCmd());registerCmd(new NatCmd());registerCmd(new ListTtysCmd());registerCmd(new PppdCmd());registerCmd(new SoftapCmd());registerCmd(new BandwidthControlCmd());registerCmd(new IdletimerControlCmd());registerCmd(new ResolverCmd());registerCmd(new FirewallCmd());registerCmd(new ClatdCmd());registerCmd(new NetworkCommand());registerCmd(new StrictCmd());registerCmd(getQtiConnectivityCmd(this));if (!sNetCtrl)sNetCtrl = new NetworkController();if (!sTetherCtrl)sTetherCtrl = new TetherController();if (!sNatCtrl)sNatCtrl = new NatController();if (!sPppCtrl)sPppCtrl = new PppController();if (!sSoftapCtrl)sSoftapCtrl = new SoftapController(this);if (!sBandwidthCtrl)sBandwidthCtrl = new BandwidthController();if (!sIdletimerCtrl)sIdletimerCtrl = new IdletimerController();if (!sResolverCtrl)sResolverCtrl = new ResolverController();if (!sFirewallCtrl)sFirewallCtrl = new FirewallController();if (!sInterfaceCtrl)sInterfaceCtrl = new InterfaceController();if (!sClatdCtrl)sClatdCtrl = new ClatdController(sNetCtrl);if (!sStrictCtrl)sStrictCtrl = new StrictController();
}
它每个Command类都定义了一个runCommand方法,用于接受上层发下来的消息,并调用对应的xxxControl去执行。
1.2.4 NetworkManagementService分析
1、NetworkManagementService作用有两个:
[1] 用于接受上层模块发下来的命令,并将它发送到CommandListener处理;
[2] 用于接收底层传上来的一些notify消息,并做出相应处理。
//构造函数
private NetworkManagementService(Context context, String socket) {mContext = context;......//通过NativeDaemonConnector创建一个socket来通信mConnector = new NativeDaemonConnector(new NetdCallbackReceiver(), socket, 10, NETD_TAG, 160, wl, FgThread.get().getLooper());mThread = new Thread(mConnector, NETD_TAG);.......}
2、NetworkManagementService 工作流程
2.1 NetworkManagementService通过onEvent发放处理底层上来的消息。
public boolean onEvent(int code, String raw, String[] cooked) {String errorMessage = String.format("Invalid event from daemon (%s)", raw);switch (code) {case NetdResponseCode.InterfaceChange:/** a network interface change occured* Format: "NNN Iface added <name>"* "NNN Iface removed <name>"* "NNN Iface changed <name> <up/down>"* "NNN Iface linkstatus <name> <up/down>"*/if (cooked.length < 4 || !cooked[1].equals("Iface")) {throw new IllegalStateException(errorMessage);}if (cooked[2].equals("added")) {notifyInterfaceAdded(cooked[3]);return true;} else if (cooked[2].equals("removed")) {notifyInterfaceRemoved(cooked[3]);return true;} else if (cooked[2].equals("changed") && cooked.length == 5) {notifyInterfaceStatusChanged(cooked[3],cooked[4].equals("up"));return true;} else if (cooked[2].equals("linkstate") && cooked.length == 5) {notifyInterfaceLinkStateChanged(cooked[3],cooked[4].equals("up"));return true;}throw new IllegalStateException(errorMessage);// break;......
}
2.2 NetworkManagementService通过NativeDaemonConnector的对象mConnector执行execute方法将命令通过socket发送到底层。
//NetworkManagementService.java
//firewall对应之前CommandListener的一个command类,后面是参数
mConnector.execute("firewall", "zeusis_instrument_test", rule);
//CommandListener.cpp
CommandListener::FirewallCmd::FirewallCmd() ://对应匹配firewallNetdCommand("firewall") {
}
......
int CommandListener::FirewallCmd::runCommand(SocketClient *cli, int argc,char **argv) {......//对参数进行匹配if (!strcmp(argv[1], "zeusis_instrument_test")) {if (argc != 3) {cli->sendMsg(ResponseCode::CommandSyntaxError,"Usage: firewall zeusis_dormant_mode<enable|disable>",false);return 0;}ALOGE("setInstrumentTesting: %s",argv[2]);int res = sFirewallCtrl->setInstrumentTesting(!strcmp(argv[2],"enable"));return sendGenericOkFail(cli, res);}
二、iptable解读
2.1、iptable原理
iptables是Linux系统中最重要的网络管控工具。它与Kernel中的netfilter模块配合工
作,其主要功能是为netfilter设置一些过滤(filter)或网络地址转换(NAT)的规则。当Kernel收到网络数据包后,将会依据iptables设置的规则进行相应的操作。
- iptables内部(其实是Kernel的netfilter模块)维护着四个Table,分别是filter、
nat、mangle和raw,它们对应着不同的功能,稍后将详细介绍它们的作用。 - Table中定义了Chain。一个Table可以支持多个Chain,Chain实际上是Rule的集
合,每个Table都有默认的Chain。例如filter表默认的Chain有INPUT、OUTPUT、
FORWARD。用户可以自定义Chain,也可修改Chain中的Rule。稍后将介绍不同Table中
默认Chain方面的知识。 - Rule就是iptables工作的规则。首先,系统将检查要处理的数据包是否满足Rule设
置的条件,如果满足则执行Rule中设置的目标(Target),否则继续执行Chain中的下一
条Rule。
2.2、iptable命令
2.2.1.基本格式
- iptable [-t 表] 命令选项 [连名] 匹配条件 [-j 动作]
常用命令选项如下:
-A 【append】 在指定的连的结尾添加规则
-D 【delete】删除指定连中的规则,可以按规则号或规则内容匹配
-I 【insert】插入一条新规则,默认是在最前面
-R 【replace】 替换某一条规则
-L 【list】列出所有规则
-F 【flush】清空所有规则
-N 【new】自定义一条规则连
-X 【–delete-chain】 删除用户自定义规则连
-P 【policy】设置默认策略
-n 【numeric】以数字方式显示,如:显示ip,但不显示主机名
-v 【verbose】显示详细信息
-V 【version】查看iptable的版本信息
-Z 清空计数器值
2.2.2.举例
- iptable -t filter -F【清空filter表中所有规则】
- iptable -t filter -Z【清空filter表中的计数器值】
- iptable -t filter -X 【清除filter表中自定义连】
- iptable -t filter -P INPUT DROP 【设置INPUT连默认策略为DROP】
- iptable -t filter -P OUTPUT DROP
- iptable -t filter -P FORWROD DROP
- iptable -t filter -A INPUT -p tcp -j ACCEPT 【在INPUT连最后添加一条允许tcp协议的数据包进入的规则】
- iptable -t filter -R INPUT 1 -p tcp -j DROP 【替换INPUT连的第1条规则为拒绝tcp数据包进入】
- iptable -t nat -vnL –line-number 【以详细的、数字的格式列出nat表中的所有规则】
- iptable -t nat -D POSTROUTING 1 【删除nat表POSTROUTING 连中的第1条规则】
三.条件匹配
1. 协议匹配:用于检查数据包使用的协议,符合规则就允许,反之拒绝。允许使用的协议名在/etc/protocols文件中。
常用的协议有tcp,udp,icmp,ip 和all。【 -p 协议名 】
- iptable -I INPUT -p icmp -j REJECT 【拒绝进入防火墙本身的icmp数据包】
- iptable -A FORWARD -p udp -j ACCEPT 【允许转发udp的所有数据包】
2. 地址匹配:用于检查数据包的地址是否符合规则,包括源地址和目的地址。【-s 源地址, -d 目的地址】
- iptable -A FORWARD -s 10.0.0.0/8 -j DROP 【拒绝转发来自10.0.0.0/8 网段的数据包】
- iptable -A FORWARD -d 80.0.0.0/8 -j DROP 【 拒绝转发目的是80.0.0.0/8 网段的数据包】
3.端口匹配:用于检查数据包的tcp或udp端口,需要和 “-p 协议类型” 一起使用【-sport 源端口,-dport 目的端口】
- iptables -A FORWARD -s 10.0.0.0/8 -p tcp –dport 80 -j ACCEPT 【允许转发来自10.0.0.0/8网段,目的端口是80的数据包】
- iptables -I FORWARD -s 10.0.0.0/8 -p tcp –sport 21 -j ACCEPT【允许转发来自10.0.0.0/8网段,源端口是21的数据包】
4.接口匹配:用于检查数据包从防火墙那个接口进入或出去,来判断是否允许。
- iptables -A FORWARD -i eth0 -s 10.0.0.0/8 -p tcp –dport 80 -j ACCEPT
【允许转发从eth0进入,来自10.0.0.0/8网段,使用tcp 协议,目的端口椒80的数据包】
- iptables -A INPUT -i eth0 -s 80.0.0.0/8 -j DORP 【拒绝从eth0进入,来自80.0.0.0/8的数据包】
5.SNAT转换:一般linux充当网关服务器时使用
SNAT只能用在nat表的POSTROUTING连,用于对源地址进行转换。要结合 –to 使用。
- iptables -t nat -A POSTROUTING -s 10.0.0.0/8 -j SNAT –to 202.106.1.1
【将来自10.0.0.0/8网段的所有数据包的源地址转为202.106.1.1】
- iptables -t nat -A POSTROUTING -i eth0 -s 80.0.0.0/8 -p tcp –dport 25 -j SNAT –to 202.106.1.1
6.DNAT转换:只能用在nat表中的PREROUTING连,用于对目的地址或端口进行转换。
- iptables -t nat -A PREROUTING -i eth1 -d 202.106.1.1 -p tcp –dport 80 -j DNAT –to 10.0.0.10
【将从eth1 进入,目的地址是202.106.1.1,使用tcp 协议,目的端口是80的数据包的目的地址转为10.0.0.1】
7.MASQUERADE:伪装,是SNAT的特例。
- iptables -t nat -A POSTROUTING -s 10.0.0.0/8 -o eth1 -j MASQUERADE
【将来自10.0.0.0/8网段,从eth1出去的数据包的源地址伪装为eth1接口地址】
2.2.3.拓展模块
1.按来源MAC地址匹配
- iptables -t filter -A FORWARD -m –mac-source 00:02:b2:03:a5:f6 -j DROP
【拒绝转发来自该MAC地址的数据包】
2.按多端口或连续端口匹配
20: 表示20以后的所有端口
20:100 表示20到100的端口
:20 表示20之前的所有端口
-m multiport [–prots, –sports,–dports]
- iptables -A INPUT -p tcp -m multiport –dports 21,20,25,53,80 -j ACCEPT 【多端口匹配】
- iptables -A INPUT -p tcp -dport 20: -j ACCEPT
- iptables -A INPUT -p tcp -sport 20:80 -j ACCEPT
- iptables -A INPUT -p tcp -sport :80 -j ACCEPT
3.还可以按数据包速率和状态匹配
- -m limit –limit 匹配速率 如: -m limit –limit 50/s -j ACCEPT
- -m state –state 状态 如: -m state –state INVALID,RELATED -j ACCEPT
2.3、CommandListener运用
CommandListener::CommandListener() :FrameworkListener("netd", true) {/** This is the only time we touch top-level chains in iptables; controllers* should only mutate rules inside of their children chains, as created by* the constants above.** Modules should never ACCEPT packets (except in well-justified cases);* they should instead defer to any remaining modules using RETURN, or* otherwise DROP/REJECT.*/// Create chains for children modulescreateChildChains(V4V6, "filter", "INPUT", FILTER_INPUT);createChildChains(V4V6, "filter", "FORWARD", FILTER_FORWARD);createChildChains(V4V6, "filter", "OUTPUT", FILTER_OUTPUT);createChildChains(V4V6, "raw", "PREROUTING", RAW_PREROUTING);createChildChains(V4V6, "mangle", "POSTROUTING", MANGLE_POSTROUTING);createChildChains(V4, "mangle", "FORWARD", MANGLE_FORWARD);createChildChains(V4, "nat", "PREROUTING", NAT_PREROUTING);createChildChains(V4, "nat", "POSTROUTING", NAT_POSTROUTING);// Let each module setup their child chainssetupOemIptablesHook();// Support enhanced firewall @{createChildChains(V4V6, "filter", "firewall", FILTER_FIREWALL);///@}/* When enabled, DROPs all packets except those matching rules. */sFirewallCtrl->setupIptablesHooks();sFirewallCtrl-> initInstrumentTesting();/* Does DROPs in FORWARD by default */sNatCtrl->setupIptablesHooks();/** Does REJECT in INPUT, OUTPUT. Does counting also.* No DROP/REJECT allowed later in netfilter-flow hook order.*/sBandwidthCtrl->setupIptablesHooks();/** Counts in nat: PREROUTING, POSTROUTING.* No DROP/REJECT allowed later in netfilter-flow hook order.*/sIdletimerCtrl->setupIptablesHooks();sBandwidthCtrl->enableBandwidthControl(false);if (int ret = RouteController::Init(NetworkController::LOCAL_NET_ID)) {ALOGE("failed to initialize RouteController (%s)", strerror(-ret));}
}
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