windows 驱动实例分析系列: NDIS 6.0的Filter 驱动改造(三)
数据包的发送
NDIS数据包的发送是一件非常麻烦的事情，当然，在应用层，使用socket库感觉不到这一点，但是在内核中，内核主要实现是的七层结构中的下面4层，并且Filter驱动和协议驱动不一样，它完全就是裸数据，需要从Mac数据包首部进行构建。
TCP/IP协议的详细解释自行查阅资料，这里不做详细介绍，本文中的数据包格式可能存在问题，但是这和本文的目的无关~本文的含义是详细阐述网络数据包的收发本质，不是网络协议的普及文，文中仅仅依赖了Mac层的协议知识，从数据包的Mac地址填充来实现数据包的收发。
和发送数据相关的回调例程是下面的回调例程:
// 发送缓冲区的回调例程
FILTER_SEND_NET_BUFFER_LISTS_HANDLER SendNetBufferListsHandler;
// 发送完成回调
FILTER_SEND_NET_BUFFER_LISTS_COMPLETE_HANDLER SendNetBufferListsCompleteHandler;这个例程可能在两个地方使用，一个地方是调用NdisFRegisterFilterDriver函数时候注册回调例程；另一个地方则是FILTER_SET_FILTER_MODULE_OPTIONS_HANDLER，事实上可以在Filter运行时候动态的切换挂接的例程。
这里不会对NET_BUFFER_LIST结构进行解释，可以参考这部分文章: NET_BUFFER_LIST体系
分配缓冲区
分配NET_BUFFER_LIST的代码如下:
// 分配一个NET_BUFFER_LIST
PNET_BUFFER_LIST AllocateNetBuffList(
IN NDIS_HANDLE pParam,
IN PUCHAR pBuffer,
IN ULONG ulBufferSize
)
{
PMS_FILTER pFilter = (PMS_FILTER)pParam;
PMDL pMDL = NULL;
PUCHAR pMDLAddress = NULL;
PNET_BUFFER_LIST pNetBufferList = NULL;
if (pFilter->SendNetBufferListPool == NULL)
{
return NULL;
}
// 1. 分配一块内存
pMDLAddress = (PUCHAR)NdisAllocateMemoryWithTagPriority(
pFilter->FilterHandle,
ulBufferSize,
FILTER_ALLOC_TAG,
LowPoolPriority);
NdisZeroMemory(pMDLAddress, ulBufferSize);
// 2. 根据分配的虚拟内存创建MDL
pMDL = NdisAllocateMdl(pFilter->FilterHandle, pMDLAddress, ulBufferSize);
if (pMDL == NULL)
{
return NULL;
}
// 3. 将需要复制的数据拷贝到MDL
NdisMoveMemory(pMDLAddress, pBuffer, ulBufferSize);
// 4. 根据MDL来分配一个NET_BUFFER_LIST
pNetBufferList = NdisAllocateNetBufferAndNetBufferList(
pFilter->SendNetBufferListPool,
0/*sizeof(FILTER_SEND_NETBUFLIST_RSVD)*/,
0,
pMDL,
0,
ulBufferSize);
if (pNetBufferList == NULL)
{
NdisFreeMemoryWithTagPriority(
pFilter->FilterHandle,
pMDLAddress,
FILTER_ALLOC_TAG
);
NdisFreeMdl(pMDL);
return NULL;
}
// 5. 将分配池的句柄指向Filter；
pNetBufferList->SourceHandle = pFilter->FilterHandle;
return pNetBufferList;
}注意到这个过程非常麻烦，分配内存地址-> 分配MDL->分配NET_BUFFER_LIST结构；最后还将句柄赋予NET_BUFFER_LIST结构的SourceHandle字段，这是因为内存分配遵循"谁分配、谁释放"的原则，接下来会在特定的地方释放它。
克隆数据包
另外一项技术则是拷贝技术，这项技术并未在代码中演示，不过还是介绍一下，在一些网络应用中，驱动将会暂存下上层传递下来的NET_BUFFER_LIST，然后使用自己分配的NET_BUFFER_LIST，有一对函数可以快捷的完成这个操作:
NDIS_EXPORTED_ROUTINE NET_BUFFER_LIST * NdisAllocateCloneNetBufferList(
[in] NET_BUFFER_LIST *OriginalNetBufferList,
[in, optional] NDIS_HANDLE NetBufferListPoolHandle,
[in, optional] NDIS_HANDLE NetBufferPoolHandle,
[in] ULONG AllocateCloneFlags
);调用 NdisAllocateCloneNetBufferList 以创建克隆 NET_BUFFER_LIST 结构，该结构可用于在单独的数据路径上发送重复数据。
原始 NET_BUFFER_LIST 结构中的每个 NET_BUFFER 结构仅从已用数据空间的开头克隆，而不是从整个数据空间的开头克隆。 若要获取从数据空间开头到已用数据空间开头的偏移量，请使用 NET_BUFFER_DATA_OFFSET 宏。
如果克隆的 NET_BUFFER_LIST 结构应具有与给定池关联的属性，则调用方必须在 NetBufferListPoolHandle 或 NetBufferPoolHandle 参数中指定池句柄。 例如，NET_BUFFER_LIST 结构的 ProtocolType 成员与池相关联。
克隆NET_BUFFER_LIST结构描述的数据与 OriginalNetBufferList 中的 NET_BUFFER_LIST 结构所描述的数据相同。 NDIS 不会将原始 MDL 描述的数据复制到新的数据缓冲区。 相反，克隆的结构引用原始数据缓冲区。 克隆 NET_BUFFER_LIST 结构不包括初始 NET_BUFFER_LIST_CONTEXT 结构。
可以调用 NdisFreeCloneNetBufferList 函数，用于释放 NET_BUFFER_LIST 结构和所有通过调用 NdisAllocateCloneNetBufferList 分配的关联结构和 MDL 链。
pClone = NdisAllocateCloneNetBufferList(
pSendData->pNetBufferLists,
pFilter->SendNetBufferListPool,
pFilter->SendNetBufferPool,
NDIS_CLONE_FLAGS_USE_ORIGINAL_MDLS);
if(NULL == pClone)
{
return NULL;
}
pClone->SourceHandle = pFilter->FilterHandle;
pClone->ParentNetBufferList = pSendData->pNetBufferLists;发送缓冲区
发送缓冲区非常简单:
NdisFSendNetBufferLists(
pFilter->FilterHandle,
pNetBufferList,
NDIS_DEFAULT_PORT_NUMBER,
NDIS_SEND_FLAGS_DISPATCH_LEVEL| NDIS_SEND_FLAGS_CHECK_FOR_LOOPBACK);真正麻烦的地方在于，在内核中，需要填充Mac首部、IP首部、TCP/UDP/ICMP首部，下面是这些首部的定义:
// IP数据包的MAC首部
typedef struct _tagMac
{
UCHAR mac_des[6];
UCHAR mac_src[6];
USHORT mac_type;
}MAC_HEADER, * PMAC_HEADER;
// IP数据包的首部
typedef struct _tagIPHeader
{
UCHAR ip_verlen; // Version and length.
UCHAR ip_tos; // Type of service.
USHORT ip_length; // Total length of datagram.
USHORT ip_id; // Identification.
USHORT ip_offset; // Flags and fragment offset.
UCHAR ip_ttl; // Time to live.
UCHAR ip_protocol; // Protocol.
USHORT ip_xsum; // IP校验和
UINT ip_src; // Source address.
UINT ip_dest; // Destination address.
}IP_HEADER, * PIP_HEADER;
// UDP数据包首部
typedef struct _tagUDPHeader
{
USHORT src_port;
USHORT des_port;
USHORT udp_length;
USHORT udp_sum; // UDP校验和
}UDP_HEADER, * PUDP_HEADER;
// ICMP包首部
typedef struct _tagICMPHead
{
UCHAR type; // 类型
UCHAR code; // 操作码
USHORT checksum; // ICMP校验和
USHORT id;
USHORT seq;
}ICMPHead, *PICMPHead;这里解释一下，为什么需要一个单独的结构来传递:
// 发送ICMP结构时候用于构建UDP信息的结构
// 注意，这里没有包含UDP和TCP需要的端口信息，这部分不在本代码的演示范围内
typedef struct _tagICMP_INFO
{
UCHAR des_mac[6]; // 目标MAC地址
UCHAR src_mac[6]; // 源MAC地址
ULONG des_ip; // 目标IP地址,
ULONG src_ip; // 源IP地址
PCHAR pData; // 数据地址
USHORT usSize; // 数据长度
}ICMP_INFO, * PICMP_INFO;当需要收发数据的时候，必须指定网络适配器，所以传入的这结构中的src_mac将用于从链表中找到需要发送的网络适配器:
PMS_FILTER FilterFindObject(
_In_reads_bytes_(BufferLength)
PUCHAR Buffer,
_In_ ULONG BufferLength
)
{
PMS_FILTER pFilter;
PLIST_ENTRY Link;
BOOLEAN False = FALSE;
FILTER_ACQUIRE_LOCK(&FilterListLock, False);
Link = FilterModuleList.Flink;
while (Link != &FilterModuleList)
{
// 这个CONTAINING_RECORD用于从结构对象中的结构成员反向解析出结构对象的地址
pFilter = CONTAINING_RECORD(Link, MS_FILTER, FilterModuleLink);
if (BufferLength == _MAC_LENGTH)
{
if (NdisEqualMemory(Buffer, pFilter->Mac, _MAC_LENGTH))
{
FILTER_RELEASE_LOCK(&FilterListLock, False);
return pFilter;
}
}
Link = Link->Flink;
}
FILTER_RELEASE_LOCK(&FilterListLock, False);
return NULL;
}这样调用NdisFSendNetBufferLists函数的时候，第一个参数就是对应的网络适配器，驱动会在调用FilterAttach的时候将底层网络适配器的Handle传递进来，这个时候就需要保存下来用于后续NDIS函数调用。
注意: 在此处，将发送的缓冲区取整了，实际上使用了74字节，但是为了对齐使用了80字节，事实证明换回74字节，驱动并不会异常，不过并未修改此处。
释放缓冲区
根据内核内存分配的惯例，需要自行释放在驱动中分配的缓冲区，所以需要添加SendNetBufferListsCompleteHandler对应的例程，下面是案例的代码。
VOID
FilterSendNetBufferListsComplete(
NDIS_HANDLE FilterModuleContext,
PNET_BUFFER_LIST NetBufferLists,
ULONG SendCompleteFlags
)
/*++
Routine Description:
发送完成处理程序
每当下层完成处理发送的 NET_BUFFER_LIST 时，就会调用此例程。如果 Filter 不需要参与发送路径，则应删除此例程和 FilterSendNetBufferLists
例程。NDIS 将比 Filter 更有效地代表您的 Filter 传递发送数据包。
Arguments:
FilterModuleContext - Filter上下文
NetBufferLists - 数据包
SendCompleteFlags - 发送标志
Return Value:
NONE
--*/
{
PMS_FILTER pFilter = (PMS_FILTER)FilterModuleContext;
//PNET_BUFFER_LIST CurrNetBufferList = NULL;
//PNET_BUFFER_LIST NextNetBufferList;
ULONG NumOfSendCompletes = 0;
BOOLEAN DispatchLevel;
PNET_BUFFER_LIST CurrNbl;
DEBUGP(DL_TRACE, "===>SendNBLComplete, NetBufferList: %p.\n", NetBufferLists);
// 如果您的 Filter 将任何发送数据包注入到要发送的数据路径中，
// 您必须在此处识别他们的NBL并将其从链中删除。不要尝试将完整的NBL发送到更高层;
// 如果您的 Filter 在FilterSendNetBufferLists处理程序修改了您的数据库中的任何NBL
// 或NBs、MDL等），您必须在此处撤消修改。
// 一般来说，NBL必须以与您之前相同的条件归还，
// 你收到了它们。例外情况：NBL可以在链接上重新使用列表，划痕字段为“NO”
// 发送完整的NBL。如果您从链中删除了任何NBL，请确保链不是空的（即NetBufferLists！=NULL）
#ifdef FILTER_TEST
// NetBufferLists是个链表，但是在 以太网 级别的内核驱动，基本都是单独一个NET_BUFFER；
// 稳妥的写法还是遍历链表，下面以简便为主；
//for (CurrNetBufferList = NetBufferLists;
// CurrNetBufferList != NULL;
// CurrNetBufferList = NextNetBufferList)
//{
// NextNetBufferList = NET_BUFFER_LIST_NEXT_NBL(CurrNetBufferList);
if (pFilter->FilterHandle == NetBufferLists->SourceHandle)
{
// 释放自己分配的数据包
ReleaseNetBufferList(pFilter->SendNetBufferListPool, NetBufferLists);
}
else
{
NdisFSendNetBufferListsComplete(pFilter->FilterHandle, NetBufferLists, SendCompleteFlags);
}
//}
#else
NdisFSendNetBufferListsComplete(
pFilter->FilterHandle,
NetBufferLists,
SendCompleteFlags
);
#endif
DEBUGP(DL_TRACE, "<===SendNBLComplete.\n");
}当数据包发送到下层驱动之后，这个函数会调用，然后进行处理，filter驱动的数据包来源可能是自己分配的，也可能不是自己分配的，所以需要使用下面的代码来判断:
if(pFilter->FilterHandle == pNetBufferList->SourceHandle)
{
// 是自行分配的数据包
if(pNetBufferList->ParentNetBufferList == NULL)
{
// 自行分配的数据包
}
else
{
// 自行克隆的数据包
// 一般除了释放克隆数据包之外，还需要完成之前暂存的数据包
NdisFSendNetBufferListsComplete(...)
}
}注意到里面调用了 ReleaseNetBufferList，这个函数的代码如下:
void ReleaseNetBufferList(IN NDIS_HANDLE pNdisPoolHandle, IN PNET_BUFFER_LIST NetBufferLists)
{
PNET_BUFFER_LIST pCurrNbl;
PNET_BUFFER pCurrBuff;
PMDL pMdl;
PUCHAR pCopyData = NULL;
ULONG BufferLength;
pCurrNbl = NetBufferLists;
pCurrBuff = NET_BUFFER_LIST_FIRST_NB(pCurrNbl);
// 获取MDL
pMdl = NET_BUFFER_FIRST_MDL(pCurrBuff);
if (pMdl != NULL)
{
// 获取MDL指向的内存
NdisQueryMdl(pMdl, (PVOID*)&pCopyData, &BufferLength, NormalPagePriority);
if (pCopyData != NULL)
{
NdisFreeMdl(pMdl);//Free MDL
NdisFreeMemoryWithTagPriority(pNdisPoolHandle, pCopyData, FILTER_ALLOC_TAG);
}
}
NdisFreeNetBufferList(pCurrNbl);
return ;
}