# NewIP内核协议栈介绍 ## 基本概念 NewIP在现有IP能力的基础上，以灵活轻量级报头和可变长多语义地址为基础，通过二三层协议融合，对协议去冗和压缩，减少冗余字节，实现高能效比，高净吞吐，提升通信效率。打造终端之间高效的横向通信，支撑超级终端的体验，实现异构网络的端到端互联。 目前WiFi协议报文，三层报头和地址开销使得报文开销大，传输效率较低。 ![zh-cn_image-20220915162621809](figures/zh-cn_image-20220915162621809.png) ``` IPv4地址长度固定4字节，IPv6地址长度固定16字节。 IPv4网络层报头长度20~60字节，IPv6网络层报头长度40字节。 ``` NewIP支持**可变长多语义地址（最短1字节）**，**可变长定制化报头封装（最短5字节）**，通过精简报文头开销，提升数据传输效率。 NewIP报头开销，相比IPv4节省25.9%，相比IPv6节省44.9%。 NewIP载荷传输效率，相比IPv4提高最少1%，相比IPv6提高最少2.33%。 | 对比场景 | 报头开销 | 载荷传输效率（WiFi MTU=1500B，BT MTU=255B） | | -------------- | ------------ | ------------------------------------------- | | IPv4 for WiFi | 30+8+20=58 B | (1500-58)/1500=96.13% | | IPv6 for WiFi | 30+8+40=78 B | (1500-78)/1500=94.8% | | NewIP for WiFi | 30+8+5=43 B | (1500-43)/1500=97.13% | ## 可变长报头格式 NewIP WiFi灵活极简报文头如下图所示，通过LLC Header中的EtherType = 0xEADD标识NewIP灵活极简报文。Bitmap是一组由0和1组成的二进制序列，每个二进制位的数值用于表示特定目标特性的存在性。 ![zh-cn_image-20220915140627223](figures/zh-cn_image-20220915140627223.png) NewIP Eth灵活极简报文头如下图所示，通过Eth头中的EtherType = 0xEADD标识NewIP灵活极简报文。 ![zh-cn_image-20220930113757464](figures/zh-cn_image-20220930113757464.png) 1) Dispatch：指示封装子类，数值0b0表示其为极简封装子类，长度为1比特；(0b表示后面数值为二进制)。 2) Bitmap：变长，Bitmap默认为紧跟在Dispatch有效位后面的7比特，Bitmap字段长度可持续扩展。Bitmap最后一位置0表示Bitmap结束，最后一位置1表示Bitmap向后扩展1 Byte，直至最后一位置0。 3) Value: 标识字段的值，长度为1 Byte的整数倍，类型及长度由报头字段语义表确定。 **Bitmap字段定义如下：** | 极简Bitmap标识 | Bitops | 字段长度 | 置位策略 | 备注 | | -------------------------- | ------ | ---------------- | -------------- | --------------------------------------- | | Bitmap 1st Byte: | - | - | - | - | | 标记位Dispatch | 0 | 不表示具体字段 | 置0 | 0：极简帧，1：普通帧。 | | TTL | 1 | 1 Byte | 置1 | 剩余跳数。 | | Total Length | 2 | 2 Byte | UDP置0，TCP置1 | NewIP报文总长度（包含报头长度）。 | | Next Header | 3 | 1 Byte | 置1 | 协议类型。 | | Reserve | 4 | 保留 | 置0 | 保留字段。 | | Dest Address | 5 | 变长（1~8 Byte） | 置1 | 目的地址。 | | Source Address | 6 | 变长（1~8 Byte） | 由协议自行确定 | 源地址。 | | 标记位，标志是否有2nd Byte | 7 | 不表示具体字段 | - | 0：bitmap结束，1：后跟另外8bit bitmap。 | | Bitmap 2nd Byte: | - | - | - | - | | Header Length | 0 | 1 Byte | - | NewIP报头长度。 | | Reserve | 1 | 保留 | 置0 | - | | Reserve | 2 | 保留 | 置0 | - | | Reserve | 3 | 保留 | 置0 | - | | Reserve | 4 | 保留 | 置0 | - | | Reserve | 5 | 保留 | 置0 | - | | Reserve | 6 | 保留 | 置0 | - | | 标记位，标志是否有3rd Byte | 7 | 不表示具体字段 | 置0 | 0：bitmap结束，1：后跟另外8bit bitmap。 | NewIP数据报头（极简模式）解析遇到新bitmap字段时的处理方法： 仅解析当前版本协议中已定义的bitmap字段，从第一个未知语义的bitmap字段开始，跳过后面的所有bitmap字段，直接通过header length定位到报文开始位置并解析报文。如果报头中携带了未知语义的bitmap字段，且未携带header length字段，则丢弃该数据包。 ## 可变长地址格式 NewIP采用自解释编码，编码格式如下所示： | First Byte | Semantics | 地址段有效范围 | | ---------- | ------------------------------------------------------------ | ------------------------------------------------------------ | | 0x00 | Address is 0 | 【1字节】0 ~ 220 (0x00 ~ 0xDC) | | 0x01 | Address is 1 | - | | 0x02 | Address is 2 | - | | ... | ... | - | | 0xDC | Address is 220 | - | | 0xDD | An 16-bit address, which is 0 + 256 * (0xDD - 0xDD) + the last byte value | 【2字节】221 ~ 255 (0x**DD**DD ~ 0x**DD**FF) | | 0xDE | An 16-bit address, which is 0 + 256 * (0xDE - 0xDD) + the last byte value | 【2字节】256 ~ 511 (0x**DE**00 ~ 0x**DE**FF) | | 0xDF | An 16-bit address, which is 0 + 256 * (0xDF - 0xDD) + the last byte value | 【2字节】512 ~ 767 (0x**DF**00 ~ 0x**DF**FF) | | ... | ... | - | | 0xF0 | An 16-bit address, which is 0 + 256 * (0xF0 - 0xDD) + the last byte value | 【2字节】4864 ~ 5119 (0x**F0**00 ~ 0x**F0**FF) | | 0xF1 | An 16-bit address is followed | 【3字节】5120 ~ 65535 (0x**F1** 1400 ~ 0x**F1** FFFF) | | 0xF2 | An 32-bit address is followed | 【5字节】65536 ~ 4,294,967,295 (0x**F2** 0001 0000 ~ 0x**F2** FFFF FFFF) | | 0xF3 | An 48-bit address is followed | 【7字节】4,294,967,296 ~ 281,474,976,710,655 (0x**F3** 0001 0000 0000 ~ 0x**F3** FFFF FFFF FFFF) | | 0xFE | An 56-bit address is followed | 【8字节】0 ~ 72,057,594,037,927,935 (0x**FE**00 0000 0000 0000 ~ 0x**FE**FF FFFF FFFF FFFF) | ## NewIP配置指导 启用NewIP，需要通过编译内核时打开相应的配置项及依赖，NewIP相关CONFIG如下： ```c CONFIG_NEWIP=y // 使能NewIP内核协议栈 CONFIG_NEWIP_HOOKS=y // 使能NewIP内核侵入式修改插桩函数注册，使能NewIP的同时必须使用NewIP插桩功能 ``` 另有部分CONFIG被依赖： ```c VENDOR_HOOKS=y // 使能内核插桩基础框架 ``` 备注： 1. 只在Linux 5.10内核上支持NewIP内核协议栈。 2. 鸿蒙linux内核要求所有原生内核代码侵入式修改，都要修改成插桩方式。 ```c /* 将NewIP ehash函数注册到内核 */ register_trace_ninet_ehashfn_hook(&ninet_ehashfn_hook, NULL); /* 下面是IPv4，IPv6协议栈总入口函数，在总入口函数内新增NewIP协议栈相关处理 */ static u32 sk_ehashfn(const struct sock *sk) { /* IPv6 */ #if IS_ENABLED(CONFIG_IPV6) if (sk->sk_family == AF_INET6 && !ipv6_addr_v4mapped(&sk->sk_v6_daddr)) return inet6_ehashfn(sock_net(sk), &sk->sk_v6_rcv_saddr, sk->sk_num, &sk->sk_v6_daddr, sk->sk_dport); #endif #if IS_ENABLED(CONFIG_NEWIP_HOOKS) if (sk->sk_family == AF_NINET) { u32 ret = 0; /* NewIP注册的ehash函数 */ trace_ninet_ehashfn_hook(sock_net(sk), &sk->sk_nip_rcv_saddr, sk->sk_num, &sk->sk_nip_daddr, sk->sk_dport, &ret); return ret; } #endif /* IPv4 */ return inet_ehashfn(sock_net(sk), sk->sk_rcv_saddr, sk->sk_num, sk->sk_daddr, sk->sk_dport); } ``` 代码编译完成后，通过下面命令可以确认newip协议栈代码是否使能成功。 ```c find out/ -name *nip*.o out/rk3568/obj/third_party/glib/glib/glib_source/guniprop.o out/kernel/OBJ/linux-5.10/net/newip/nip_addrconf_core.o out/kernel/OBJ/linux-5.10/net/newip/nip_hdr_decap.o out/kernel/OBJ/linux-5.10/net/newip/nip_addr.o out/kernel/OBJ/linux-5.10/net/newip/nip_checksum.o out/kernel/OBJ/linux-5.10/net/newip/tcp_nip_output.o ... ``` 禁用NewIP内核协议栈，删除CONFIG_NEWIP使能开关，删除out/kernel目录后重新编译。 ```c # CONFIG_NEWIP is not set # CONFIG_NEWIP_HOOKS is not set ``` ## NewIP相关接口 用户态应用程序调用Socket API创建NewIP socket，采用NewIP极简帧头封装进行收发包，NewIP协议socket接口列表如下： | 函数 | 输入 | 输出 | 返回值 | 接口具体描述 | | -------- | ------------------------------------------------------------ | ---------------------------------------------- | ---------------- | ------------------------------------------------------------ | | socket | int **domain**, int type, int **protocol** | NA | Socket句柄sockfd | 创建NewIP 协议类型socket，并返回socket实例所对应的句柄。**domain参数填写 AF_NINET，表示创建NewIP协议类型socket。protocol参数填写IPPROTO_TCP或IPPROTO_UDP**。 | | bind | int sockfd, const **struct sockaddr_nin** *myaddr, socklen_t addrlen | NA | int，返回错误码 | 将创建的socket绑定到指定的IP地址和端口上。**myaddr->sin_family填写AF_NINET**。 | | listen | int socket, int backlog | NA | int，返回错误码 | 服务端监听NewIP地址和端口。 | | connect | int sockfd, const **struct sockaddr_nin** *addr, aocklen_t addrlen | NA | int，返回错误码 | 客户端创建至服务端的连接。 | | accept | int sockfd, **struct sockaddr_nin** *address, socklen_t *address_len | NA | 返回socket的fd | 服务端返回已建链成功的socket。 | | send | int sockfd, const void *msg, int len, unsigned int flags, const **struct sockaddr_nin** *dst_addr, int addrlen | NA | int，返回错误码 | 用于socket已连接的NewIP类型数据发送。 | | recv | int sockfd, size_t len, int flags, **struct sockaddr_nin** *src_addr, | void **buf, int* *fromlen | int，返回错误码 | 用于socket已连接的NewIP类型数据接收。 | | close | int sockfd | NA | int，返回错误码 | 关闭socket，释放资源。 | | ioctl | int sockfd, unsigned long cmd, ... | NA | int，返回错误码 | 对NewIP协议栈相关信息进行查询或更改。 | | sendto | int sockfd, const void *msg, int len, unsigned int flags, const **struct sockaddr** *dst_addr, int addrlen | NA | int，返回错误码 | 用于socket无连接的NewIP类型数据发送。 | | recvfrom | int sockfd, size_t len, int flags, | void *buf, struct sockaddr *from, int *fromlen | int，返回错误码 | 用于socket无连接的NewIP类型数据接收。 | NewIP短地址结构如下： ```c enum nip_8bit_addr_index { NIP_8BIT_ADDR_INDEX_0 = 0, NIP_8BIT_ADDR_INDEX_1 = 1, NIP_8BIT_ADDR_INDEX_2 = 2, NIP_8BIT_ADDR_INDEX_3 = 3, NIP_8BIT_ADDR_INDEX_4 = 4, NIP_8BIT_ADDR_INDEX_5 = 5, NIP_8BIT_ADDR_INDEX_6 = 6, NIP_8BIT_ADDR_INDEX_7 = 7, NIP_8BIT_ADDR_INDEX_MAX, }; enum nip_16bit_addr_index { NIP_16BIT_ADDR_INDEX_0 = 0, NIP_16BIT_ADDR_INDEX_1 = 1, NIP_16BIT_ADDR_INDEX_2 = 2, NIP_16BIT_ADDR_INDEX_3 = 3, NIP_16BIT_ADDR_INDEX_MAX, }; enum nip_32bit_addr_index { NIP_32BIT_ADDR_INDEX_0 = 0, NIP_32BIT_ADDR_INDEX_1 = 1, NIP_32BIT_ADDR_INDEX_MAX, }; #define nip_addr_field8 v.u.field8 #define nip_addr_field16 v.u.field16 #define nip_addr_field32 v.u.field32 #pragma pack(1) struct nip_addr_field { union { unsigned char field8[NIP_8BIT_ADDR_INDEX_MAX]; unsigned short field16[NIP_16BIT_ADDR_INDEX_MAX]; /* big-endian */ unsigned int field32[NIP_32BIT_ADDR_INDEX_MAX]; /* big-endian */ } u; }; struct nip_addr { unsigned char bitlen; /* The address length is in bit (not byte) */ struct nip_addr_field v; }; #pragma pack() /* The following structure must be larger than V4. System calls use V4. * If the definition is smaller than V4, the read process will have memory overruns * v4: include\linux\socket.h --> sockaddr (16Byte) */ #define POD_SOCKADDR_SIZE 3 struct sockaddr_nin { unsigned short sin_family; /* [2Byte] AF_NINET */ unsigned short sin_port; /* [2Byte] Transport layer port, big-endian */ struct nip_addr sin_addr; /* [9Byte] NIP address */ unsigned char sin_zero[POD_SOCKADDR_SIZE]; /* [3Byte] Byte alignment */ }; ``` ## NewIP收发包代码示例 NewIP可变长地址配置，路由配置，UDP/TCP收发包demo代码链接如下，NewIP协议栈用户态接口使用方法可以参考[代码仓examples代码](https://gitee.com/openharmony-sig/communication_sfc_newip/tree/master/examples)。 | 文件名 | 功能 | | --------------------- | ----------------------------- | | nip_addr_cfg_demo.c | NewIP可变长地址配置demo代码 | | nip_route_cfg_demo.c | NewIP路由配置demo代码 | | nip_udp_server_demo.c | NewIP UDP收发包服务端demo代码 | | nip_udp_client_demo.c | NewIP UDP收发包客户端demo代码 | | nip_tcp_server_demo.c | NewIP TCP收发包服务端demo代码 | | nip_tcp_client_demo.c | NewIP TCP收发包客户端demo代码 | | nip_lib.c | 接口索引获取等API接口demo代码 | **基础操作步骤：** ![zh-cn_image-20220915165414926](figures/zh-cn_image-20220915165414926.png) 1、将demo代码拷贝到Linux编译机上，make clean，make all编译demo代码。 2、将编译生成二级制文件上传到设备1，设备2。 3、执行“ifconfig xxx up”开启网卡设备，xxx表示网卡名，比如eth0，wlan0。 4、在设备1的sh下执行“./nip_addr_cfg_demo server”给服务端配置0xDE00（2字节）变长地址，在设备2的sh下执行“./nip_addr_cfg_demo client”给客户端配置0x50（1字节）变长地址，通过“cat /proc/net/nip_addr”查看内核地址配置结果。 5、在设备1的sh下执行“./nip_route_cfg_demo server”给服务端配置路由，在设备2的sh下执行“./nip_route_cfg_demo client”给客户端配置路由，通过“cat /proc/net/nip_route”查看内核路由配置结果。 以上步骤操作完成后，可以进行UDP/TCP收发包，收发包demo默认使用上面步骤中配置的地址和路由。 **UDP收发包操作步骤：** 先在服务端执行“./nip_udp_server_demo”，然后再在客户端执行“./nip_udp_client_demo”，客户端会发送10个NewIP报文，客户端收到报文后再发送给服务端。 ``` 服务端sh窗口打印内容： Received -- 1661826989 498038 NIP_UDP # 0 -- from 0x50:57605 Sending -- 1661826989 498038 NIP_UDP # 0 -- to 0x50:57605 Received -- 1661826990 14641 NIP_UDP # 1 -- from 0x50:57605 Sending -- 1661826990 14641 NIP_UDP # 1 -- to 0x50:57605 Received -- 1661826990 518388 NIP_UDP # 2 -- from 0x50:57605 Sending -- 1661826990 518388 NIP_UDP # 2 -- to 0x50:57605 ... Received -- 1661827011 590576 NIP_UDP # 9 -- from 0x50:37758 Sending -- 1661827011 590576 NIP_UDP # 9 -- to 0x50:37758 客户端sh窗口打印内容： Received --1661827007 55221 NIP_UDP # 0 sock 3 success: 1/ 1/no= 0 Received --1661827007 557926 NIP_UDP # 1 sock 3 success: 2/ 2/no= 1 Received --1661827008 62653 NIP_UDP # 2 sock 3 success: 3/ 3/no= 2 ... Received --1661827011 590576 NIP_UDP # 9 sock 3 success: 10/ 10/no= 9 ``` **TCP收发包操作步骤：** 先在服务端执行“./nip_tcp_server_demo”，然后再在客户端执行“./nip_tcp_client_demo”，客户端会发送10个NewIP报文，客户端收到报文后再发送给服务端。 ``` 服务端sh窗口打印内容： Received -- 1661760202 560605 NIP_TCP # 0 --:1024 Sending -- 1661760202 560605 NIP_TCP # 0 --:1024 Received -- 1661760203 69254 NIP_TCP # 1 --:1024 Sending -- 1661760203 69254 NIP_TCP # 1 --:1024 Received -- 1661760203 571604 NIP_TCP # 2 --:1024 Sending -- 1661760203 571604 NIP_TCP # 2 --:1024 ... Received -- 1661760207 86544 NIP_TCP # 9 --:1024 Sending -- 1661760207 86544 NIP_TCP # 9 --:1024 客户端sh窗口打印内容： Received --1661760202 560605 NIP_TCP # 0 sock 3 success: 1/ 1/no= 0 Received --1661760203 69254 NIP_TCP # 1 sock 3 success: 2/ 2/no= 1 ... Received --1661760207 86544 NIP_TCP # 9 sock 3 success: 10/ 10/no= 9 ``` ## selinux规则说明 用户态进程操作NewIP socket需要添加selinux policy，否则操作会被拦截。 ```sh # base\security\selinux\sepolicy\ohos_policy\xxx\xxx.te # socket 基础操作 # avc: denied { create } for pid=540 comm="thread_xxx" scontext=u:r:thread_xxx:s0 tcontext=u:r:thread_xxx:s0 tclass=socket permissive=0 allow thread_xxx thread_xxx:socket { create bind connect listen accept read write shutdown setopt getopt }; # ioctl 操作 # 操作码在 linux-xxx\include\uapi\linux\sockios.h 中定义 # 0x8933 : name -> if_index mapping # 0x8916 : set PA address # 0x890B : add routing table entry allowxperm thread_xxx thread_xxx:socket ioctl { 0x8933 0x8916 0x890B }; ``` ## WireShark报文解析模板 ### 模板导入 Wireshark默认报文解析规则无法解析NewIP报文，在WireShark配置中添加NewIP报文解析模板可以实现NewIP报文解析，[NewIP报文解析模板](https://gitee.com/openharmony-sig/communication_sfc_newip/blob/master/tools/wireshark_cfg_for_newip_v1.3.lua)详见代码仓。 报文解析模板配置文件的方法： 依次点击Help->About Wireshark->Folders，打开Global Configuration目录，编辑init.lua文件。在末尾添加dofile(DATA_DIR..”newip.lua”)，其中DATA_DIR即为newip.lua插件所在路径。 ![zh-cn_image-20220930141628922](figures/zh-cn_image-20220930141628922.png) NewIP报文解析模板添加样例： ``` NewIP报文解析模板存放路径： D:\tools\WireShark\wireshark_cfg_for_newip_v1.3.lua WireShark配置文件路径： C:\Program Files\Wireshark\init.lua 在init.lua文件最后增加下面配置（window 11） dofile("D:\\tools\\WireShark\\wireshark_cfg_for_newip_v1.3.lua") ``` ### 报文解析样例 #### ARP请求 ![zh-cn_image-20220930142806235](figures/zh-cn_image-20220930142806235.png) #### ARP应答 ![zh-cn_image-20220930142858397](figures/zh-cn_image-20220930142858397.png) #### TCP握手 ![zh-cn_image-20220930142912014](figures/zh-cn_image-20220930142912014.png) #### TCP数据包 ![zh-cn_image-20220930142920255](figures/zh-cn_image-20220930142920255.png)