邻居状态exchangestart

内核版本：2.6.34 这部分的重点是三个核心的数据结构-邻居表、邻居缓存、代理邻居表，以及NUD状态转移图。

      总的来说，要成功添加一条邻居表项，需要满足两个条件：1.　本机使用该表项；2.　对方主机进行了确认。同时，表项的添加引入了NUD(Neighbour Unreachability Detection)机制，从创建NUD_NONE到可用NUD_REACHABLE需要经历一系列状态转移，而根据达到两个条件顺序的不同，可以分为两条路线：       先引用再确认-　NUD_NONE -> NUD_INCOMPLETE -> NUD_REACHABLE       先确认再引用-　NUD_NONE -> NUD_STALE -> NUD_DELAY -> NUD_PROBE -> NUD_REACHABLE

      下面还是从接收函数入手，当匹配号协议号是0x0806，会调用ARP模块的接收函数arp_rcv()。 arp_rcv()　ARP接收函数         首先是对arp协议头进行检查，比如大小是否足够，头部各数值是否正确等，这里略过代码，直接向下看。每个协议处理都一样，如果被多个协议占有，则拷贝一份。

if ((skb = skb_share_check(skb, GFP_ATOMIC)) == NULL)
 goto out_of_mem;

NEIGH_CB(skb)实际就是skb->cb，在skb声明为u8 char[48]，它用作每个协议模块的私有数据区(control buffer)，每个协议模块可以根据自身需求在其中存储私有数据。而arp模块就利用了它存储控制结构neighbour_cb，它声明如下，占8字节。这个控制结构在代理ARP中使用工作队列时会发挥作用，sched_next代表下次被调度的时间，flags是标志。

memset(NEIGH_CB(skb), 0, sizeof(struct neighbour_cb));
struct neighbour_cb {
 unsigned long sched_next;
 unsigned int flags;
};

函数最后调用arp_process，其间插入netfilter(关于netfilter，参见前篇：)，作为开始处理ARP报文的起点。

return NF_HOOK(NFPROTO_ARP, NF_ARP_IN, skb, dev, NULL, arp_process);

arp_process()     这个函数开始对报文进行处理，首先会从skb中取出arp报头部分的信息，如sha, sip, tha, tip等，这部分可查阅代码，这里略过。ARP不会查询环路地址和组播地址，因为它们没有对应的mac地址，因此遇到这两类地址，直接退出。

if (ipv4_is_loopback(tip) || ipv4_is_multicast(tip))
 goto out;

如果收到的是重复地址检测报文，并且本机占用了检测了地址，则调用arp_send发送响应。对于重复地址检测报文(ARP报文中源IP为全0)，它所带有的邻居表项信息还没通过检测，此时缓存它显然没有意义，也许下一刻就有其它主机声明它非法，因此，重复地址检测报文中的信息不会加入邻居表中。

if (sip == 0) {
 if (arp->ar_op == htons(ARPOP_REQUEST) &&
  inet_addr_type(net, tip) == RTN_LOCAL &&
  !arp_ignore(in_dev, sip, tip))
  arp_send(ARPOP_REPLY, ETH_P_ARP, sip, dev, tip, sha, dev->dev_addr, sha);
 goto out;
}

下面要处理的地址解析报文，并且要解析的地址在路由表中存在

if (arp->ar_op == htons(ARPOP_REQUEST) &&
 ip_route_input(skb, tip, sip, 0, dev) == 0)

第一种情况，如果要解析的是本机地址，则调用neigh_event_ns()，并根据查到的邻居表项n发送ARP响应报文。这里neigh_event_ns的功能是在arp_tbl中查找是否已含有对方主机的地址信息，如果没有，则进行创建，然后会调用neigh_update来更新状态。收到对方主机的请求报文，会导致状态迁移到NUD_STALE。

if (addr_type == RTN_LOCAL) {
 ……
 if (!dont_send) {
  n = neigh_event_ns(&arp_tbl, sha, &sip, dev);
  if (n) {
   arp_send(ARPOP_REPLY,ETH_P_ARP,sip,dev,tip,sha,dev->dev_addr,sha);
   neigh_release(n);
  }
 }
 goto out;
}

#NUD_INCOMPLETE也迁移到NUD_STALE，作何解释？        第二种情况，如果要解析的不是本机地址，则要判断是否支持转发，是否支持代理ARP(代理ARP是陆由器的功能，因此能转发是先决条件)，如果满足条件，那么按照代理ARP流程处理。首先无论如何，主机得通了存在这样一个邻居，因此要在在arp_tbl中查找并(如果不存在)创建相应邻居表项；然后，对于代理ARP，这个流程实际上会执行两遍，第一遍走else部分，第二遍走if部分。第一次的else代码段会触发定时器，通过定时器引发报文重新执行arp_process函数，并走if部分。        -第一遍的else部分：调用pneigh_enqueue()将报文skb加入tbl->proxy_queue队列，同时设置NEIGH_CB(skb)的值，具体可看后见的代理表项处理。        -第二遍的if部分，发送ARP响应报文，行使代理ARP的功能。

else if (IN_DEV_FORWARD(in_dev)) {
 if (addr_type == RTN_UNICAST  &&
  (arp_fwd_proxy(in_dev, dev, rt) ||
  arp_fwd_pvlan(in_dev, dev, rt, sip, tip) ||
  pneigh_lookup(&arp_tbl, net, &tip, dev, 0)))
 {
  n = neigh_event_ns(&arp_tbl, sha, &sip, dev);
  if (n)
   neigh_release(n);

  if (NEIGH_CB(skb)->flags & LOCALLY_ENQUEUED ||
   skb->pkt_type == PACKET_HOST ||
   in_dev->arp_parms->proxy_delay == 0) {
   arp_send(ARPOP_REPLY,ETH_P_ARP,sip,dev,tip,sha,dev->dev_addr,sha);
  } else {
   pneigh_enqueue(&arp_tbl, in_dev->arp_parms, skb);
   in_dev_put(in_dev);
   return 0;
  }
  goto out;
 }
}

补充：neigh_event_ns()与neigh_release()配套使用并不代表创建后又被释放，neigh被释放的条件是neigh->refcnt==0，但neigh创建时的refcnt=1，而neigh_event_ns会使refcnt+1，neigh_release会使-1，此时refcnt的值还是1，只有当下次单独调用neigh_release时才会被释放。       查找是否已存在这样一个邻居表项。如果ARP报文是发往本机的响应报文，那么neigh会更新为NUD_REACHABLE状态；否则，维持原状态不变。#个人认为，这段代码是处理NUD_INCOMPLETE/NUD_PROBE/NUD_DELAY向NUD_REACHABLE迁移的，但如果一台主机A发送一个对本机的ARP响应报文，那么会导致neigh从NUD_NONE直接迁移到NUD_REACHABLE，当然，按照正常流程，一个ARP响应报文肯定是由于本机发送了ARP请求报文，那样neigh已经处于NUD_INCOMPLETE状态了。

n = __neigh_lookup(&arp_tbl, &sip, dev, 0);
if (n) {
 int state = NUD_REACHABLE;
 int override;
 override = time_after(jiffies, n->updated + n->parms->locktime);

 if (arp->ar_op != htons(ARPOP_REPLY) ||
  skb->pkt_type != PACKET_HOST)
  state = NUD_STALE;
 neigh_update(n, sha, state, override ? NEIGH_UPDATE_F_OVERRIDE : 0);
 neigh_release(n);
}

实际上，arp_process是接收到ARP报文的处理函数，它涉及到的是邻居表项在收到arp请求和响应的情况，下图反映了arp_process中所涉及的状态转移：收到arp请求，NUD_NONE -> NUD_STALE；收到arp响应，NUD_INCOMPLETE/NUD_DELAY/NUD_PROBE -> NUD_REACHABLE。根据之前分析，我认为还存在NUD_NONE -> NUD_REACHABLE和NUD_INCOMPLETE -> NUD_STALE的转移，作何解释？        

NUD状态       每个邻居表项在生效前都要经历一系列的状态迁移，每个状态都有不同的含义，在前面已经多次提到了NUD状态。要添加一条有效的邻居表项，有效途径有两条：           先引用再确认-　NUD_NONE -> NUD_INCOMPLETE -> NUD_REACHABLE           先确认再引用-　NUD_NONE -> NUD_STALE -> NUD_DELAY -> NUD_PROBE -> NUD_REACHABLE        其中neigh_timer_handler定时器、neigh_periodic_work工作队列会异步的更改NUD状态，neigh_timer_handler用于NUD_INCOMPLETE, NUD_DELAY, NUD_PROBE, NUD_REACHABLE状态；neigh_periodic_work用于NUD_STALE。注意neigh_timer_handler是每个表项一个的，而neigh_periodic_work是唯一的，NUD_STALE状态的表项没必要单独使用定时器，定期检查过期就可以了，这样大大节省了资源。        neigh_update则专门用于更新表项状态，neigh_send_event则是解析表项时的状态更新，能更新表项的函数很多，这里不一一列出。 

neigh_timer_handler　定时器函数      当neigh处于NUD_INCOMPLETE, NUD_DELAY, NUD_PEOBE, NUD_REACHABLE时会添加定时器，即neigh_timer_handler，它处理各个状态在定时器到期时的情况。      当neigh处于NUD_REACHABLE状态时，根据NUD的状态转移图，它有三种转移可能，分别对应下面三个条件语句。neigh->confirmed代表最近收到来自对应邻居项的报文时间，neigh->used代表最近使用该邻居项的时间。          -如果超时，但期间收到对方的报文，不更改状态，并重置超时时间为neigh->confirmed+reachable_time；          -如果超时，期间未收到对方报文，但主机使用过该项，则迁移至NUD_DELAY状态，并重置超时时间为neigh->used+delay_probe_time；          -如果超时，且既未收到对方报文，也未使用过该项，则怀疑该项可能不可用了，迁移至NUD_STALE状态，而不是立即删除，neigh_periodic_work()会定时的清除NUD_STALE状态的表项。

if (state & NUD_REACHABLE) {
 if (time_before_eq(now,
   neigh->confirmed + neigh->parms->reachable_time)) {
  NEIGH_PRINTK2("neigh %p is still alive.\n", neigh);
  next = neigh->confirmed + neigh->parms->reachable_time;
 } else if (time_before_eq(now,
   neigh->used + neigh->parms->delay_probe_time)) {
  NEIGH_PRINTK2("neigh %p is delayed.\n", neigh);
  neigh->nud_state = NUD_DELAY;
  neigh->updated = jiffies;
  neigh_suspect(neigh);
  next = now + neigh->parms->delay_probe_time;
 } else {
  NEIGH_PRINTK2("neigh %p is suspected.\n", neigh);
  neigh->nud_state = NUD_STALE;
  neigh->updated = jiffies;
  neigh_suspect(neigh);
  notify = 1;
 }
}

下图是对上面表项处于NUD_REACHABLE状态时，定时器到期后3种情形的示意图： 

      当neigh处于NUD_DELAY状态时，根据NUD的状态转移图，它有二种转移可能，分别对应下面二个条件语句。          -如果超时，期间收到对方报文，迁移至NUD_REACHABLE，记录下次检查时间到next；          -如果超时，期间未收到对方的报文，迁移至NUD_PROBE，记录下次检查时间到next。       在NUD_STALE->NUD_PROBE中间还插入NUD_DELAY状态，是为了减少ARP包的数目，期望在定时时间内会收到对方的确认报文，而不必再进行地址解析。

else if (state & NUD_DELAY) {
 if (time_before_eq(now,
   neigh->confirmed + neigh->parms->delay_probe_time)) {
  NEIGH_PRINTK2("neigh %p is now reachable.\n", neigh);
  neigh->nud_state = NUD_REACHABLE;
  neigh->updated = jiffies;
  neigh_connect(neigh);
  notify = 1;
  next = neigh->confirmed + neigh->parms->reachable_time;
 } else {
  NEIGH_PRINTK2("neigh %p is probed.\n", neigh);
  neigh->nud_state = NUD_PROBE;
  neigh->updated = jiffies;
  atomic_set(&neigh->probes, 0);
  next = now + neigh->parms->retrans_time;
 }
}

  当neigh处于NUD_PROBE或NUD_INCOMPLETE状态时，记录下次检查时间到next，因为这两种状态需要发送ARP解析报文，它们过程的迁移依赖于ARP解析的进程。

else {
 /* NUD_PROBE|NUD_INCOMPLETE */
 next = now + neigh->parms->retrans_time;
}

经过定时器超时后的状态转移，如果neigh处于NUD_PROBE或NUD_INCOMPLETE，则会发送ARP报文，先会检查报文发送的次数，如果超过了限度，表明对方主机没有回应，则neigh进入NUD_FAILED，被释放掉。

if ((neigh->nud_state & (NUD_INCOMPLETE | NUD_PROBE)) &&
 atomic_read(&neigh->probes) >= neigh_max_probes(neigh)) {
 neigh->nud_state = NUD_FAILED;
 notify = 1;
 neigh_invalidate(neigh);
}

检查完后，如果还未超过限度，则会发送ARP报文，neigh->ops->solicit在创建表项neigh时被赋值，一般是arp_solicit，并且增加探测计算neigh->probes。

if (neigh->nud_state & (NUD_INCOMPLETE | NUD_PROBE)) {
 struct sk_buff *skb = skb_peek(&neigh->arp_queue);
 /* keep skb alive even if arp_queue overflows */
 if (skb)
  skb = skb_copy(skb, GFP_ATOMIC);
 write_unlock(&neigh->lock);
 neigh->ops->solicit(neigh, skb);
 atomic_inc(&neigh->probes);
 kfree_skb(skb);
}

      实际上，neigh_timer_handler处理启用了定时器状态超时的情况，下图反映了neigh_timer_handler中所涉及的状态转移，值得注意的是NUD_DELAY -> NUD_REACHABLE的状态转移，在arp_process中也提到过，收到arp reply时会有表项状态NUD_DELAY -> NUD_REACHABLE。它们两者的区别在于arp_process处理的是arp的确认报文，而neigh_timer_handler处理的是4层的确认报文。 

       

neigh_periodic_work　NUD_STALE状态的定时函数      当neigh处于NUD_STALE状态时，此时它等待一段时间，主机引用到它，从而转入NUD_DELAY状态；没有引用，则转入NUD_FAIL，被释放。不同于NUD_INCOMPLETE、NUD_DELAY、NUD_PROBE、NUD_REACHABLE状态时的定时器，这里使用的异步机制，通过定期触发neigh_periodic_work()来检查NUD_STALE状态。

tbl->parms.base_reachable_time = 30 HZ

     当初始化邻居表时，添加了neigh_periodic_work工作      neigh_table_init() -> neigh_table_init_no_netlink()：

INIT_DELAYED_WORK_DEFERRABLE(&tbl->gc_work, neigh_periodic_work);

当neigh_periodic_work执行时，首先计算到达时间(reachable_time)，其中要注意的是

p->reachable_time = neigh_rand_reach_time(p->base_reachable_time);
unsigned long neigh_rand_reach_time(unsigned long base)
{
 return (base ? (net_random() % base) + (base >> 1) : 0);
}

  因此，reachable_time实际取值是1/2 base ~ 2/3 base，而base = base_reachable_time，当表项处于NUD_REACHABLE状态时，会启动一个定时器，时长为reachable_time，即一个表项在不被使用时存活时间是1/2 base_reachable_time ~ 2/3 base_reachable_time。      然后它会遍历整个邻居表，每个hash_buckets的每个表项，如果在gc_staletime内仍未被引用过，则会从邻居表中清除。

for (i = 0 ; i <= tbl->hash_mask; i++) {
 np = &tbl->hash_buckets[i];
 while ((n = *np) != NULL) {
  …..
if (atomic_read(&n->refcnt) == 1 &&
  (state == NUD_FAILED ||
  time_after(jiffies, n->used + n->parms->gc_staletime))) {
  *np = n->next;
  n->dead = 1;
  write_unlock(&n->lock);
  neigh_cleanup_and_release(n);
  continue;
 }
 ……
}

      在工作最后，再次添加该工作到队列中，并延时1/2 base_reachable_time开始执行，这样，完成了neigh_periodic_work工作每隔1/2 base_reachable_time执行一次。 schedule_delayed_work(&tbl->gc_work, tbl->parms.base_reachable_time >> 1);       neigh_periodic_work定期执行，但要保证表项不会刚添加就被neigh_periodic_work清理掉，这里的策略是：gc_staletime大于1/2 base_reachable_time。默认的，gc_staletime = 30，base_reachable_time = 30。也就是说，neigh_periodic_work会每15HZ执行一次，但表项在NUD_STALE的存活时间是30HZ，这样，保证了每项在最差情况下也有(30 - 15)HZ的生命周期。

neigh_update　邻居表项状态更新       如果新状态是非有效(!NUD_VALID)，那么要做的就是删除该表项：停止定时器neigh_del_timer，设置neigh状态nud_state为新状态new。除此之外，当是NUD_INCOMPLETE或NUD_PROBE状态时，可能有暂时因为地址没有解析而暂存在neigh->arp_queue中的报文，而现在表项更新到NUD_FAILED，即解析无法成功，那么这么暂存的报文也只能被丢弃neigh_invalidate。

if (!(new & NUD_VALID)) {
 neigh_del_timer(neigh);
 if (old & NUD_CONNECTED)
  neigh_suspect(neigh);
 neigh->nud_state = new;
 err = 0;
 notify = old & NUD_VALID;
 if ((old & (NUD_INCOMPLETE | NUD_PROBE)) &&
  (new & NUD_FAILED)) {
  neigh_invalidate(neigh);
  notify = 1;
 }
 goto out;
}

中间这段代码是对比表项的地址是否发生了变化，略过。#个人认为NUD_REACHABLE状态时，新状态为NUD_STALE是在下面这段代码里面除去了，因为NUD_REACHABLE状态更好，不应该回退到NUD_STALE状态。但是当是NUD_DELAY, NUD_PROBE, NUD_INCOMPLETE时仍会被更新到NUD_STALE状态，对此很不解???

else {
 if (lladdr == neigh->ha && new == NUD_STALE &&
  ((flags & NEIGH_UPDATE_F_WEAK_OVERRIDE) ||
  (old & NUD_CONNECTED)))
  new = old;
}

新旧状态不同时，首先删除定时器，如果新状态需要定时器，则重新设置定时器，最后设置表项neigh为新状态new。

if (new != old) {
 neigh_del_timer(neigh);
 if (new & NUD_IN_TIMER)
  neigh_add_timer(neigh, (jiffies +
   ((new & NUD_REACHABLE) ?
   neigh->parms->reachable_time :
    0)));
 neigh->nud_state = new;
}

如果邻居表项中的地址发生了更新，有了新的地址值lladdr，那么更新表项地址neigh->ha，并更新与此表项相关的所有缓存表项neigh_update_hhs。

if (lladdr != neigh->ha) {
 memcpy(&neigh->ha, lladdr, dev->addr_len);
 neigh_update_hhs(neigh);
 if (!(new & NUD_CONNECTED))
  neigh->confirmed = jiffies -
   (neigh->parms->base_reachable_time << 1);
 notify = 1;
}

   如果表项状态从非有效(!NUD_VALID)迁移到有效(NUD_VALID)，且此表项上的arp_queue上有项，表明之前有报文因为地址无法解析在暂存在了arp_queue上。此时表项地址解析完成，变为有效状态，从arp_queue中取出所有待发送的报文skb，发送出去n1->output(skb)，并清空表项的arp_queue。

if (!(old & NUD_VALID)) {
 struct sk_buff *skb;
while (neigh->nud_state & NUD_VALID &&
     (skb = __skb_dequeue(&neigh->arp_queue)) != NULL) {
  struct neighbour *n1 = neigh;
  write_unlock_bh(&neigh->lock);
  /* On shaper/eql skb->dst->neighbour != neigh :( */
  if (skb_dst(skb) && skb_dst(skb)->neighbour)
   n1 = skb_dst(skb)->neighbour;
  n1->output(skb);
  write_lock_bh(&neigh->lock);
 }
 skb_queue_purge(&neigh->arp_queue);
}

neigh_event_send     当主机需要解析地址，会调用neigh_resolve_output，主机引用表项明显会涉及到表项的NUD状态迁移，NUD_NONE->NUD_INCOMPLETE，NUD_STALE->NUD_DELAY。      neigh_event_send -> __neigh_event_send     只处理nud_state在NUD_NONE, NUD_STALE, NUD_INCOMPLETE状态时的情况：

if (neigh->nud_state & (NUD_CONNECTED | NUD_DELAY | NUD_PROBE))
  goto out_unlock_bh;

不处于NUD_STALE和NUD_INCOMPLETE状态，则只能是NUD_NONE。此时主机要用到该邻居表项(注意是通过neigh_resolve_output进入的)，但还没有，因此要通过ARP进行解析，并且此时没有收到对方发来的任何报文，要进行的ARP是广播形式。     在发送ARP报文时有3个参数- ucast_probes, mcast_probes, app_probes，分别代表单播次数，广播次数，app_probes比较特殊，一般情况下为0，当使用了arpd守护进程时才会设置它的值。如果已经收到过对方的报文，即知道了对方的MAC-IP，ARP解析会使用单播形式，次数由ucast_probes决定；如果未收到过对方报文，此时ARP解析只能使用广播形式，次数由mcasat_probes决定。      当mcast_probes有值时，neigh进入NUD_INCOMPLETE状态，设置定时器，注意此时neigh_probes(表示已经进行探测的次数)初始化为ucast_probes，目的是只进行mcast_probes次广播；当mcast_probes值为0时(表明当前配置不允许解析)，neigh进入NUD_FAILED状态，被清除。

if (!(neigh->nud_state & (NUD_STALE | NUD_INCOMPLETE))) {
 if (neigh->parms->mcast_probes + neigh->parms->app_probes) {
  atomic_set(&neigh->probes, neigh->parms->ucast_probes);
  neigh->nud_state     = NUD_INCOMPLETE;
  neigh->updated = jiffies;
  neigh_add_timer(neigh, now + 1);
 } else {
  neigh->nud_state = NUD_FAILED;
  neigh->updated = jiffies;
  write_unlock_bh(&neigh->lock);

  kfree_skb(skb);
  return 1;
 }
}

当neigh处于NUD_STALE状态时，根据NUD的状态转移图，主机引用到了该邻居表项，neigh转移至NUD_DELAY状态，设置定时器。

else if (neigh->nud_state & NUD_STALE) {
 NEIGH_PRINTK2("neigh %p is delayed.\n", neigh);
 neigh->nud_state = NUD_DELAY;
 neigh->updated = jiffies;
 neigh_add_timer(neigh, jiffies + neigh->parms->delay_probe_time);
}

      当neigh处于NUD_INCOMPLETE状态时，需要发送ARP报文进行地址解析，__skb_queue_tail(&neigh->arp_queue, skb)的作用就是先把要发送的报文缓存起来，放到neigh->arp_queue链表中，当完成地址解析，再从neigh->arp_queue取出报文，并发送出去。

if (neigh->nud_state == NUD_INCOMPLETE) {
 if (skb) {
  if (skb_queue_len(&neigh->arp_queue) >= neigh->parms->queue_len) {
   struct sk_buff *buff;
   buff = __skb_dequeue(&neigh->arp_queue);
   kfree_skb(buff);
   NEIGH_CACHE_STAT_INC(neigh->tbl, unres_discards);
  }
  __skb_queue_tail(&neigh->arp_queue, skb);
 }
 rc = 1;
}

邻居表的操作neigh_create　创建邻居表项      首先为新的邻居表项struct neighbour分配空间，并做一些初始化。传入的参数tbl就是全局量arp_tbl，分配空间的大小是tbl->entry_size，而这个值在声明arp_tbl时初始化为sizeof(struct neighbour) + 4，多出的4个字节就是key值存放的地方。

n = neigh_alloc(tbl);

  拷贝key(即IP地址)到primary_key，而primary_key就是紧接neighbour的4个字节，看下struct neighbor的声明 - u8 primary_key[0]；设置n->dev指向接收到报文的网卡设备dev。

memcpy(n->primary_key, pkey, key_len);
n->dev = dev;

哈希表是牺牲空间换时间，保证均匀度很重要，一旦某个表项的值过多，链表查找会降低性能。因此当表项数目entries大于初始分配大小hash_mask+1时，执行neigh_hash_grow将哈希表空间倍增，这也是内核使用哈希表时常用的方法，可变大小的哈希表。

if (atomic_read(&tbl->entries) > (tbl->hash_mask + 1))
 neigh_hash_grow(tbl, (tbl->hash_mask + 1) << 1);

通过pkey和dev计算哈希值，决定插入tbl->hash_buckets的表项。

hash_val = tbl->hash(pkey, dev) & tbl->hash_mask;

搜索tbl->hash_buckets[hash_val]项，如果创建的新ARP表项已存在，则退出；否则将其n插入该项的链表头。

for (n1 = tbl->hash_buckets[hash_val]; n1; n1 = n1->next) {
 if (dev == n1->dev && !memcmp(n1->primary_key, pkey, key_len)) {
  neigh_hold(n1);
  rc = n1;
  goto out_tbl_unlock;
 }
}
n->next = tbl->hash_buckets[hash_val];
tbl->hash_buckets[hash_val] = n;

附一张创建ARP表项并插入到hash_buckets的图： 

neigh_lookup 查找ARP表项       查找函数很简单，以IP地址和网卡设备(即pkey和dev)计算哈希值hash_val，然后在tbl->hash_buckets查找相应项。

hash_val = tbl->hash(pkey, dev);
for (n = tbl->hash_buckets[hash_val & tbl->hash_mask]; n; n = n->next) {
 if (dev == n->dev && !memcmp(n->primary_key, pkey, key_len)) {
  neigh_hold(n);
  NEIGH_CACHE_STAT_INC(tbl, hits);
  break;
 }
}

 

代理ARP      代理ARP的相关知识查阅google。要明确代理ARP功能是针对陆由器的(或者说是具有转发功能的主机)。开启ARP代理后，会对查询不在本网段的ARP请求包回应。       回到之前的arp_process代码，处理代理ARP的情况，这实际就是进行代理ARP的条件，IN_DEV_FORWARD是支持转发，RTN_UNICAST是与路由直连，arp_fwd_proxy表示设备支持代理行为，arp_fwd_pvlan表示支持代理同设备进出，pneigh_lookup表示目的地址的代理。这两种arp_fwd_proxy和arp_fwd_pvlan都只是网卡设备的一种性质，pneigh_lookup则是一张代理邻居表，它的内容都是手动添加或删除的，三种策略任一一种满足都可以进行代理ARP。

else if (IN_DEV_FORWARD(in_dev)) {
 if (addr_type == RTN_UNICAST  &&
   (arp_fwd_proxy(in_dev, dev, rt) ||
    arp_fwd_pvlan(in_dev, dev, rt, sip, tip) ||
    pneigh_lookup(&arp_tbl, net, &tip, dev, 0)))

pneigh_lookup 查找或添加代理邻居表项[proxy neighbour]       以[pkey=tip, key_len=4]计算hash值，执行__pneigh_lookup_1在phash_buckets中查找。

u32 hash_val = pneigh_hash(pkey, key_len);
n = __pneigh_lookup_1(tbl->phash_buckets[hash_val], net, pkey, key_len, dev);

     如果在phash_buckets中查找到，或者不需要创建新表项，则函数返回，此时它的功能仅仅是lookup。

if (n || !creat)
 goto out;

  而当传入参数create=1时，则它的功能不仅是lookup，还会在表项不存在时create。同neighbour结构一样，键值pkey存储在pneigh结构的后面，这样当pkey变化时，修改十分容易。创建操作很直观，为pneigh和pkey分配空间，初始化些变量，最后插入phash_buckets。

n = kmalloc(sizeof(*n) + key_len, GFP_KERNEL);
……
write_pnet(&n->net, hold_net(net));
memcpy(n->key, pkey, key_len);
……
n->next = tbl->phash_buckets[hash_val];
tbl->phash_buckets[hash_val] = n;

pneigh_enqueue　将报文加入代理队列      首先计算下次调度的时间，这是一个随机值，记录到sched_next中；设置flags|=LOCALLY_ENQUEUED表明报文是本地加入的。

unsigned long sched_next = now + (net_random() % p->proxy_delay);
……
NEIGH_CB(skb)->sched_next = sched_next;
NEIGH_CB(skb)->flags |= LOCALLY_ENQUEUED;

然后将报文加入proxy_queue，并设置定时器proxy_timer，下次超时时间为刚计算的值sched_next，这样，下次超时时就会处理proxy_queue队列中的报文。

__skb_queue_tail(&tbl->proxy_queue, skb);
mod_timer(&tbl->proxy_timer, sched_next);

这里的tbl当然是arp_tbl，它的proxy_timer是在初始化时设置的arp_init() -> neigh_table_init_no_netlink()中：

setup_timer(&tbl->proxy_timer, neigh_proxy_process, (unsigned long)tbl);

 neigh_proxy_process　代理ARP的定时器      skb_queue_walk_safe如同for循环一样，它遍历proxy_queue，一个个取出其中的报文skb，查看报文的调度时间sched_next与当前时间now的差值。       如果tdif<=0则表明调度时间已到或已过，报文要被处理了，从proxy_queue上取出该报文，调用tbl->proxy_redo重新发送报文，tbl->proxy_redo也是在arp初始化时赋值的，实际上就是arp_process()函数。结合上面的分析，它会执行arp_process中代理ARP处理的else部分，发送响应报文。       如果tdif>0则表明调度时间还未到，else if部分的功能就是记录下最近要过期的调度时间到sched_next。

skb_queue_walk_safe(&tbl->proxy_queue, skb, n) {
 long tdif = NEIGH_CB(skb)->sched_next - now;

 if (tdif <= 0) {
  struct net_device *dev = skb->dev;
  __skb_unlink(skb, &tbl->proxy_queue);
  if (tbl->proxy_redo && netif_running(dev))
   tbl->proxy_redo(skb);
  else
   kfree_skb(skb);

  dev_put(dev);
 } else if (!sched_next || tdif < sched_next)
  sched_next = tdif;
}

重新设置proxy_timer的定时器，下次超时时间为刚刚记录下的最近要调度的时间sched_next + 当前时间jiffies。

del_timer(&tbl->proxy_timer);
if (sched_next)
 mod_timer(&tbl->proxy_timer, jiffies + sched_next);

  以一张简单的图来说明ARP代理的处理过程，过程一是入队列等待，过程二是出队列发送。不立即处理ARP代理请求报文的原因是为了性能，收到报文后会启动定时器，超时时间是一个随机变量，保证了在大量主机同时进行此类请求时不会形成太大的负担。 

       

邻居表缓存      邻居表缓存中存储的就是二层报头，如果缓存的报头正好被用到，那么直接从邻居表缓存中取出报文就行了，而不用再额外的构造报头，加快了协议栈的响应速度。 neigh_hh_init 创建新的邻居表缓存      当发送报文时，如果还没有对方主机MAC地址，则调用neigh_resove_output进行地址解析，此时会判断dst->hh为NULL时，就会调用neigh_hh_init创建邻居表缓存，加速下次的报文发送。      首先在邻居表项所链的所有邻居表缓存项n->hh匹配协议号protocol，找到，则说明已有缓存，不必再创建，neigh_hh_init会直接返回；未找到，则会创建新的缓存项hh。

for (hh = n->hh; hh; hh = hh->hh_next)
 if (hh->hh_type == protocol)
  break;

下面代码段创建了新的缓存项hh，并初始化了hh的内容，其中dev->header_ops->cache会赋值hh->hh_data，即[SRCMAC, DSTMAC, TYPE]。如果赋值失败，释放掉刚才分配的hh；如果赋值成功，将hh链入n->hh的链表，并根据NUD状态赋值hh->hh_output。

if (!hh && (hh = kzalloc(sizeof(*hh), GFP_ATOMIC)) != NULL) {
 seqlock_init(&hh->hh_lock);
 hh->hh_type = protocol;
 atomic_set(&hh->hh_refcnt, 0);
 hh->hh_next = NULL;

 if (dev->header_ops->cache(n, hh)) {
  kfree(hh);
  hh = NULL;
 } else {
  atomic_inc(&hh->hh_refcnt);
  hh->hh_next = n->hh;
  n->hh     = hh;
  if (n->nud_state & NUD_CONNECTED)
   hh->hh_output = n->ops->hh_output;
  else
   hh->hh_output = n->ops->output;
 }
}

   最后，创建成功的hh，陆由缓存dst->hh指向新创建的hh。

if (hh) {
 atomic_inc(&hh->hh_refcnt);
 dst->hh = hh;
}

从hh的创建过程可以看出，通过邻居表项neighbour的缓存hh可以遍历所有的与neighbour相关的缓存(即目的MAC相同，但协议不同)；通过dst的缓存hh只能指向相关的一个缓存(尽管dst->hh->hh_next也许有值，但只会使用dst->hh)。 这里解释了为什么neighbour和dst都有hh指针指向缓存项，可以这么说，neighbour指向的hh是全部的，dst指向的hh是特定一个。两者的作用：在发送报文时查找完陆由表找到dst后，会直接用dst->hh，得到以太网头；而当远程主机MAC地址变更时，通过dst->neighbour->hh可以遍历所有缓存项，从而全部更改，而用dst->hh得一个个查找，几乎是无法完成的。可以这么说，dst->hh是使用时用的，neigh->hh是管理时用的。 

neigh_update_hhs　更新缓存项      更新缓存项更新的实际就是缓存项的MAC地址。比如当收到一个报文，以它源IP为键值在邻居表中查找到的neighbour表项的n->ha与报文源MAC值不同时，说明对方主机的MAC地址发生了变更，此时就需要更新所有以旧MAC生成的hh为新MAC。 邻居表项是以IP为键值查找的，因此通过IP可以查找相关的邻居表项neigh，前面说过neigh->hh可以遍历所有以之相关的缓存项，所以遍历它，并调用update函数。以以太网卡为例，update = neigh->dev->header_ops->cache_update ==> eth_header_cache_update，而eth_header_cache_update函数就是用新的MAC地址覆盖hh->data中的旧MAC地址。       neigh_update_hhs函数也说明了neighbour->hh指针的作用。

for (hh = neigh->hh; hh; hh = hh->hh_next) {
 write_seqlock_bh(&hh->hh_lock);
 update(hh, neigh->dev, neigh->ha);
 write_sequnlock_bh(&hh->hh_lock);
}

      补充：缓存项hh的生命期从创建时起，会一直持续到邻居表项被删除，也就是调用neigh_destroy时，删除neigh->hh指向的所有缓存项。

参考：《Understanding Linux Network Internals》