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入门Linux系统收发网络数据包的秘密！

Linux系

linux 服务器收到网络数据包，需求经过哪些处置，一步步将数据传给应用进程的呢？应用进程发送数据包时，Linux 又是如何操作将数据包发送进来的呢？今天我们就来聊聊这个话题 。
在准备好接纳网络数据包之前，Linux需求做很多准备工作，例如：网络子系统的初始化、协议栈的注册、网卡驱动的初始化、启动网卡等等,只要这些都准备好了之后，才敢真正开端接纳网络包 。
网络协议栈在引见Linux收发网络数据包之前，我们先来理解一下Linux网络协议栈 。
国际规范化组织制定了开放式系统互联通讯参考模型（Open System Interconnection Reference Model），也就是 OSI 网络模型，该模型主要有 7 层，分别是应用层、表示层、会话层、传输层、网络层、数据链路层以及物理层 。
由于 OSI 模型太复杂，提出的只是存在于概念和理论上的一种模型，分层太多，增加了网络工作的复杂性，所以没有大范围应用 。
我们比拟常见是TCP/IP 网络模型，Linux 系统正是依照这套网络模型来完成网络协议栈的 。
TCP/IP 网络模型共有 4 层，分别是应用层、传输层、网络层和网络接口层，每一层担任的职能如下：
1、应用层 对应于OSI参考模型的高层，为用户提供所需求的各种效劳，例如：FTP、Te.NET、DNS、SMTP等.
2、传输层 对应于OSI参考模型的传输层，为应用层实体提供端到端的通讯功用，保证了数据包的次第传送及数据的完好性 。该层定义了两个主要的协议：传输控制协议（TCP）和用户数据报协议（UDP).
3、网络层 对应于OSI参考模型的网络层，主要处理主机到主机的通讯问题 。它所包含的协议设计数据包在整个网络上的逻辑传输 。注重重新赋予主机一个IP地址来完成对主机的寻址，它还担任数据包在多种网络中的路由 。该层有三个主要协议：网际协议（IP）、互联网组管理协议（IGMP）和互联网控制报文协议（ICMP） 。
4、网络接口层 与OSI参考模型中的物理层和数据链路层相对应 。它担任监视数据在主机和网络之间的交流 。事实上，TCP/IP自身并未定义该层的协议，而由参与互连的各网络运用本人的物理层和数据链路层协议，然后与TCP/IP的网络接入层停止衔接 。地址解析协议（ARP）工作在此层，即OSI参考模型的数据链路层 。

入门Linux系统收发网络数据包的秘密！

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接纳网络数据包
入门Linux系统收发网络数据包的秘密！

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网络数据包抵达网卡后，依照FIFO次第被存入网卡的接纳队列，网卡经过 DMA 技术，将网络包写入到指定的内存地址（Ring Buffer） 。
Ring Buffer是在网卡驱动程序启动时创立和初始化的，存储的是sk_buff缓冲区的描绘符（物理地址和大小等） 。
当网络包抵达时，从Ring Buffer获取指向的sk_buff描绘符，经过DMA将数据写入该地址 。等sk_buff中的数据交由上层协议栈处置后，Ring Buffer中的描绘更新为新分配的sk_buff 。
接着网卡向 CPU 发起硬件中缀，当 CPU 收到硬件中缀恳求后，依据中缀注册表，找到注册的中缀处置函数 。
硬件中缀处置函数会做如下的事情：
1、屏蔽网卡的中缀
目的是防止CPU被频繁中缀而无法处置其他任务，屏蔽中缀是通知网卡曾经晓得内存中有数据了，下次再收到数据包直接写内存就能够了，不要再通知 CPU 了 。
2、发起软中缀，恢复方才屏蔽的中缀
内核中的 ksoftirqd 线程收到软中缀后，就会调用相应软中缀的处置函数来轮询处置数据，即：从Ring Buffer 中获取一个数据帧，用 sk_buff 表示，作为一个网络包交给网络协议栈从下到上停止逐层处置 。
网络协议栈对网络包的处置流程如下：
1、网络接口层
首先，网络接口层检查报文的合法性和正确性，假如不合法或报文校验不正确则丢弃，否则找出上层协议的类型（IPv4还是IPv6），去掉帧头、帧尾，然后交给上层即网络层处置 。
2、网络层
网络层取出IP头，判别网络包下一步的走向，是转发还是交给上层 。当确认网络包是要发送给本机后，就取出上层协议的类型（比方TCP或UDP），去掉IP头，然后交给传输层处置 。
3、传输层
传输层取出 TCP 头或者 UDP 头后，依据四元组【 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 Socket 的接纳缓冲区 。


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