Linux是如何收发网络包的

2024-09-06 20:52
文章标签 linux 网络 收发

本文主要是介绍Linux是如何收发网络包的,希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值,需要的开发者们随着小编来一起学习吧!

Linux网 络协议栈
从上述⽹络协议栈,可以看出:
收发流程
⽹卡是计算机⾥的⼀个硬件,专⻔负责接收和发送⽹络包,当⽹卡接收到⼀个⽹络包后,会通过 DMA 技术,将⽹络包放⼊到 Ring Buffer ,这个是⼀个环形缓冲区。
1 、发送
⾸先,应⽤程序会调⽤ Socket 发送数据包的接⼝,由于这个是系统调⽤,所以会从⽤户态陷⼊到内核态中的Socket 层, Socket 层会将应⽤层数据拷⻉到 Socket 发送缓冲区中。
接下来,⽹络协议栈从 Socket 发送缓冲区中取出数据包,并按照 TCP/IP 协议栈从上到下逐层处理。
如果使⽤的是 TCP 传输协议发送数据,那么会在传输层增加 TCP 包头,然后交给⽹络层;
⽹络层会给数据包增加 IP 包,然后通过查询路由表确认下⼀跳的 IP ,并按照 MTU ⼤⼩进⾏分⽚。 分⽚后的⽹络包,就会被送到⽹络接⼝层,在这⾥会通过 ARP 协议获得下⼀跳的 MAC 地址,然后增加帧头和帧尾,放到发包队列中。
这⼀些准备好后,会触发软中断告诉⽹卡驱动程序,这⾥有新的⽹络包需要发送,最后驱动程序通过 DMA ,从发包队列中读取⽹络包,将其放⼊到硬件⽹卡的队列中,随后物理⽹卡再将它发送出去。
2 、接收
为了解决频繁中断带来的性能开销, Linux 内核在 2.6 版本中引⼊了 NAPI 机制,它是混合「中断和轮询」的⽅式来接收⽹络包,它的核⼼概念就是不采⽤中断的⽅式读取数据,⽽是⾸先采⽤中断唤醒数据接收的服务程序,然后poll 的⽅法来轮询数据。
⽐如,当有⽹络包到达时,⽹卡发起硬件中断,于是会执⾏⽹卡硬件中断处理函数,中断处理函数处理完需要「暂时屏蔽中断」,然后唤醒「软中断」来轮询处理数据,直到没有新数据时才恢复中断,这样⼀次中断处理多个⽹络包,于是就可以降低⽹卡中断带来的性能开销。
软中断会从 Ring Buffer 中拷⻉数据到内核 struct sk_buff 缓冲区中,从⽽可以作为⼀个⽹络包交给⽹络协议栈进⾏逐层处理。
⾸先,会先进⼊到⽹络接⼝层,在这⼀层会检查报⽂的合法性,如果不合法则丢弃,合法则会找出该⽹络包的上层协议的类型,⽐如是 IPv4 ,还是 IPv6 ,接着再去掉帧头和帧尾,然后交给⽹络层。到了⽹络层,则取出 IP 包,判断⽹络包下⼀步的⾛向,⽐如是交给上层处理还是转发出去。
当确认这个⽹络包要发送给本机后,就会从 IP 头⾥看看上⼀层协议的类型是 TCP 还是 UDP ,接着去掉 IP 头,然后交给传输层。
传输层取出 TCP 头或 UDP 头,根据四元组「源 IP 、源端⼝、⽬的 IP 、⽬的端⼝」 作为标识,找出对应的Socket,并把数据拷⻉到 Socket 的接收缓冲区。
最后,应⽤层程序调⽤ Socket 接⼝,从内核的 Socket 接收缓冲区读取新到来的数据到应⽤层。

 

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