数据包的处理流程

一个数据包从发送到接收都经历了那些过程

1.启动应用程序新建邮件，将收件人邮箱和邮件内容填写好，应用程序进行编码处理。（应用层）
2.应用在发送邮件那一刻建立TCP连接（三次握手），将数据交给传输层。
第一次握手：建立连接时，主机A向主机A发送请求报文
第二次握手：主机B收到请求报文后，如同意连接，则向主机A发送确认报文
第三次握手，主机A收到主机B的确认后，再次向主机B给出确认报文，完成连接
3.TCP就会把这个数据构成一个TCP数据报（附加上TCP首部包括源端口号和目标端口号（用以识别发送主机跟接收主机上的应用）、序号（标明发送的包那部分是数据）以及校验和（判断数据是否被更改）），然后将该数据报交给IP协议（网络层）。
4.IP协议就会构造一个IP数据报（IP会将TCP传过来的数据报当作自己的数据，加上IP首部包含接收端IP地址以及发送端的IP地址），此处要根据数据报的长度，以及MTU的限制，考虑是否进行分包，查路由表决定从哪一个端口转发，将数据交给数据链路层；
5.数据链路层将数据构造一个以太网数据帧，其中以太网首部包含接收端MAC地址、发送端MAC地址以及标志以太网类型的以太网数据的协议。源mac就是本机mac，目的mac根据上面IP确定的转发端口来决定（基于mac学习完成，ARP查找）

6.数据到达物理层，物理层将数据报转换成光电信号或者电信号进行传输；
7.首先传输到下一台路由器上，路由器进行解析和分用（解析到传输层）NAT 路由选择 ，继续查路由表，把数据再次封装的，往下一个路由器设备上转发（在这里封装和分用和上边是一样的）
8.中间会经过若干个路由器转发的过程，最终到达目的服务器；
9.服务器就会进行分用。物理层把光电信号转成二进制bit流，交给数据链路层；
10.数据链路层从以太网数据报的首部找到MAC地址判断是否为发给自己的包，如果不是发给自己的数据则丢掉。如果是就解析出其中的IP数据报交给网络层，但是如果是无法识别的协议类型也会丢掉。
11.网络层收到数据报，同样进行解析判断自己是不是首部中的目标IP，如果是则接收数据包并查找上一层的协议类型，如果是TCP就交给TCP处理如果是UDP就交给UDP处理。网络层可能需要组包（取决于第4步是否分包），组包后将数据交给传输层；
12.传输层TCP收到数据，首先计算校验和保证数据的完整性，然后按照序号检查接收数据，检查端口号确定具体的应用程序 ，将解析出的应用层数据，交给应用程序，返回ACK（确认序号、窗口大小、延时应答、捎带应答）在这里ACK也是一个TCP数据报，也会涉及到一系列的封装和分用过程，如果没有收到ACK就会反复发送。
13.服务器的应用程序读取数据，解析数据获知邮件的收件人信息以及邮件内容。（应用层）
14.主机B给发送端返回一个回执信息。
15.断开连接（四次挥手）
第一次挥手：主机A想分手，发送消息给主机B
第二次挥手：主机B通知主机A已经接受到分手请求，但还没做好分手准备
第三次回收：主机B已经做好分手准备，通知主机A
第四次挥手：主机A发送消息给主机B，确定分手，主机B关闭连接

数据从网卡到应用的过程

假设一个http请求的数据到达网卡，拿数据时如何层层处理并到达应用的呢？

网卡

网卡也叫网络适配器，具有全球唯一的MAC地址。
· 网卡接受光信号或者电信号，然后将其还原成数字信息（0或1）
· 根据FSCS校验数据，判断数据在传输过程是否因为噪音等影响导致信号失真，从而导致数据错误，需要丢掉这种无用的数据包，
· 检查数据包中MAC头部中的接受方的MAC地址，若不是发给自己的，则丢弃数据包；若数据包是发给自己的，则将数字信息保存到网卡内部缓冲区。

• 以上过程都是网卡内部操作，CPU此时还不知道有数据包来了。*

网卡驱动

硬件需要驱动程序来控制，就像计算机需要操作系统一样，而网卡驱动就是CPU控制和使用网卡的程序

网卡处理完数字信号后，接下来的数据接收需要CPU参与，此时网卡通过中断将数据包达到的事件通知给CPU。接着，CPU暂停手头工作，开始用网卡驱动来干活。

从网卡缓冲区读取接收到的数据，将数据包从网卡硬件缓存转移到服务器内存当中。
根据MAC头部的以太类型字段判断协议种类并调用处理该协议的软件(即协议栈)
通常我们接触的以太类型是 IP协议，因此会调用TCP/IP协议栈来处理。
1、网卡驱动程序提取这个帧的全部内容，去掉以太网的帧头，然后向上传递给IP层
2、IP层接收到包已经，继续去掉IP头的内容，然后交给TCP层
3、TCP层根据TCP协议定义的格式，继续解包，read()从socket buffer读取数据，然后传递给应用层
4、应用层根据TCP层传来的数据，按照对应的应用层来分析包

物理网卡收到数据包的处理流程

1、网卡收到数据包
先将电信号或者光信号转换成网卡fifo存储，网卡申请ring buffer的描述，根据描述找到具体的物理地址；物理网卡通过DMA将数据包从fifo队列写入到该物理地址–》skb_buffer.
2、将数据包从网卡硬件缓存读取到服务器内存
这个时候数据包已经被转移到skb_buffer中，因为是DMA写入，内核并没有监控数据包写入情况，这时候NIC触发一个硬中断，每一个硬件中断会对应一个中断号，且指定一个vCPU来处理，如上图vcpu2收到了该硬件中断.
3、通知内核处理
硬件中断的中断处理程序，调用驱动程序完成，启动软中断
硬中断触发的驱动程序会禁用网卡硬中断，其实这时候意思是告诉NIC，再来数据不用触发硬中断了，把数据DMA拷入系统内存即可
硬中断触发的驱动程序会启动软中断，启用软中断目的是将数据包后续处理流程交给软中断慢慢处理，这个时候退出硬件中断了，但是注意和网络有关的硬中断，要等到后续开启硬中断后，才有机会再次被触发
NAPI触发软中断，触发napi系统
消耗ringbuffer指向的skb_buffer
NAPI循环处理ringbuffer数据，处理完成
启动网络硬件中断，有数据来时候就可以继续触发硬件中断，继续通知CPU来消耗数据包.
4、经过TCP/IP协议逐层处理
5、应用程序通过read()从socket buffer读取数据
如何将网卡收到的数据写入到内核内存？
NIC在接收到数据包之后，首先需要将数据同步到内核中，这中间的桥梁是*rx ring buffer。它是由NIC和驱动程序共享的一片区域，*事实上，rx ring buffer存储的并不是实际的packet数据，而是一个描述符，这个描述符指向了它真正的存储地址，具体流程如下：
1、驱动在内存中分配一片缓冲区用来接收数据包，叫做sk_buffer;
2、将上述缓冲区的地址和大小（即接收描述符），加入到rx ring buffer。描述符中的缓冲区地址是DMA使用的物理地址;
3、驱动通知网卡有一个新的描述符;
4、网卡从rx ring buffer中取出描述符，从而获知缓冲区的地址和大小;
5、网卡收到新的数据包;
6、网卡将新数据包通过DMA直接写到sk_buffer中。
当驱动处理速度跟不上网卡收包速度时，驱动来不及分配缓冲区，NIC接收到的数据包无法及时写到sk_buffer，就会产生堆积，当NIC内部缓冲区写满后，就会丢弃部分数据，引起丢包。这部分丢包为rx_fifo_errors，在 /proc/net/dev中体现为fifo字段增长，在ifconfig中体现为overruns指标增长。