android netd的工作流程解析

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NetlinkManager
if (!(nm = NetlinkManager::Instance())) {ALOGE("Unable to create NetlinkManager");exit(1);
};
//创建CommandListener，它将创建名为"netd"的监听socket
cl = new CommandListener();
//设置NetlinkManager的消息发送者（Broadcaster）为CommandListener。
nm->setBroadcaster((SocketListener *) cl);
//启动NetlinkManager
if (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socket
dpl = new DnsProxyListener();
dpl->startListener();//创建MDnsSdListener并启动监听，它将创建名为"mdns"的监听socket
mdnsl = 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 TB
A[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 ”
* “NNN Iface removed ”
* “NNN Iface changed

//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 modules
createChildChains(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 chains
setupOemIptablesHook();
// 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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