linux内核源码分析之网络数据收发流程

目录

一、TCP/IP 模型与 ISO模型

二、内核中分层模型的结构

三、数据帧的封装

四、协议栈收发包流程

1、网络包接收流程

2、网络包发送流程

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一、TCP/IP 模型与 ISO模型

内核中使用的是TCP/IP 模型，把网络互联的框架分为应用层、传输层、网络层、网络接口层等四层。

• 应用层，负责向用户提供一组应用程序；
• 传输层，负责端到端的通信；
• 网络层，负责网络包的封装、寻址和路由；
• 网络接口层，负责网络包在物理网络中的传输。

二、内核中分层模型的结构

三、数据帧的封装

四、协议栈收发包流程

1、网络包接收流程

1. 当一个网络帧到达网卡后，网卡会通过 DMA 方式，把这个网络包放到收包队列中；
2. 通过硬中断，处理硬中断处理程序，（在处理硬中断时先关闭CPU中断，等处理完硬中断再开启CPU中断），一些耗时的处理交给软中断softirq处理。
3. 网卡中断处理程序会为网络帧分配内核数据结构（sk_buff），并将其拷贝到 sk_buff 缓冲区中,再通过软中断，通知内核收到了新的数据帧
4. 内核协议栈从缓冲区中取出网络帧，并通过网络协议栈，从下到上逐层处理这个网络帧。
5. 网络层取出 IP 头，判断网络包下一步的走向，交给上层处理还是转发。当网络层确认这个包是要发送到本机后，就会取出上层协议的类型（比如 TCP 还是 UDP），去掉 IP 头，再交给传输层处理。
6. 传输层取出 TCP 头或者 UDP 头后，根据 < 源 IP、源端口、目的 IP、目的端口 >,找出对应的 socket，并把数据拷贝到 scket 的接收缓存中。
7. 应用层就可以使用 socket 接口，读取到新接收到的数据。

2、网络包发送流程

1. 应用调用发送函数产系统调用
2. 套接字层会把数据包放到 socket 发送缓冲区中
3. 网络协议栈从 socket 发送缓冲区取出数据；再按照 TCP/IP 栈，从上到下逐层处理
4. 传输层和网络层，分别为其增加 TCP 头和 IP 头，执行路由查找确认下一跳的 IP，并按照 MTU 大小进行分片
5. 网络接口层，进行物理地址寻址，以找到下一跳的 MAC 地址。然后添加帧头和帧尾，放到发包队列中
6. 软中断通知驱动程序，发包队列中有新的网络帧需要发送
7. 通过 DMA ，从发包队列中读出网络帧，并通过物理网卡把它发送出去

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