linux内核-网络数据包传送通道解析

网络栈自下而上的数据包传输通道具体如下：

（1）：硬件监听物理传输介质，进行数据的接收，当完全接收一个数据包后，产生中断（这个过程完全由网络设备硬件负责）。

（2）：中断产生后，系统调用驱动程序注册的中断处理程序进行数据接收，一般在接收例程中，完成数据从硬件缓冲区到内核缓冲区的复制，将其封装为内核特定结构（sk_buff结构），最后调用链路层提供的借口函数netif_rx，将数据包由驱动层传递给链路层。

（3）：在netif_tx中，为了减少中断执行时间（netif_rx函数一般在驱动层中断例程中被调用），该函数将数据包暂存在链路层维护的一个数据包队列中（具体的由backlog变量指向），并启动专门进行网络处理的下半部分对backlog队列中数据包进行处理。

（4）：网络下半部分执行函数net_bh，从backlog队列中取数据包，在进行完本层相关处理后，遍历ptype_base指向的网络层协议（由packet_type结构表示）队列，进行协议号的匹配，找到协议号匹配的packet_type结构，调用结构中的接收函数，完成数据包从链路层到网络层的传递。对于ARP协议，那么调用的是arp_rev函数，IP协议则是ip_rcv函数。

（5）：假设数据包使用的时IP协议，那么从链路层传递到网络层时，将进入ip_rcv 总入口函数，ip_rcv完成本层的处理后，以本层首部（IP首部）中标识的传输层协议号为散列值，对inet_protos散列表进行匹配查询，以寻找到合适的inet_protocol结构，进而调用结构中接收函数，完成数据包从网络层到传输层的传递对于UDP协议，调用udp_rcv函数，TCP协议调用tcp_rcv函数，ICMP 协议调用icmp_rcv函数，IGMP协议调用igmp_rcv函数。ICMP ,IGMP是网络层协议，但其都是封装在IP协议中，所以当做传输层看待。

（6）：假如数据包使用的时TCP传输层协议，那么此时将进入tcp_rcv函数。TCP 协议的套接字对应sock结构都被挂入tcp_prot 全局变量表示的proto结构之sock_array数组中，采用以本地端口号为索引的插入方式，所以当tcp_rec函数接收到一个数据包，在完成必要的检查和处理后，其将以TCP首部中得目的端口号（对一个接收的数据包而言，其目的端口号就是本地所使用的端口号）为索引，在tcp_prot对应sock结构之sock_array数组中得到正确的sock结构队列，再辅之以其他条件遍历该队列进行对应的sock结构的查询，在得到匹配的sock结构后，将数据包挂入该sock结构的缓存队列中（由sock结构中receive_queue字段指向），从而完成数据包的最终接收。

数据包发送通道是如何创建的：

即是上层向下层提供发送接口函数共下层直接进行调用，入驱动层通过device结构hard_start_xmit函数指针向链路层提供发送函数，链路层提供dev_queue_xmit发送函数供网络层调用，而网络层提供ip_queue_xmit函数供传输层调用。

基于TCP协议的数据包

从应用层调用write函数开始，先经历sock_write（net/socket.c）、inet_write （net/inet/af_inet.c）和tcp_write( net/inet/tcp.c ),只有到达tcp_write函数时，才进行数据的真正处理，sock_write,inet_write只是进行简单的检查处理。（只有在传输层才能进行数据的封装，才知道需要预留多大的内核空间创建一个数据帧）。

对于七层分层方式，在表示层所进行的加密等操作此处没有讨论，本版本网络栈实现是针对四层模型。

（1）tcp_write函数完成数据帧的封装。将数据从用户缓冲区复制到内核缓冲区，并封装在sk_buff结构中，根据网络的拥塞情况：（1）不经过sock结构之write_queue队列直接被发送出去，（2）数据包被暂时缓存在write_queue队列中，稍后发送。其后调用ip_queue_xmit函数将数据包发往下层——网络层处理。

（2）ip_queue_xmit函数继续对数据帧进行完善后，调用dev_queue_xmit 函数将数据包送往链路层进行处理，同时将数据包缓存与sock结构之send_head 队列。这个缓存的目的在于TCP协议需要保证可靠性数据传输，防止数据包丢失，一旦发生丢失，就需要重新发送send_head队列的数据包。

数据包不会同时存在于write_queue和send_head中，数据包传给dev_queue_xmit后，就从write_queue队列中删除。

（3）dev_queue_xmit函数完成其本层的处理后，调用发送设备device 结构之hard_start_xmit指针指向的具体硬件数据数据发送函数。

linux内核网络协议栈代码分析

一.linux内核网络栈代码的准备知识

1. linux内核ipv4网络部分分层结构：

BSD socket层：这一部分处理BSD socket相关操作，每个socket在内核中以struct socket结构体现。这一部分的文件

主要有：/net/socket.c /net/protocols.c etc

INET socket层：BSD socket是个可以用于各种网络协议的接口，而当用于

tcp/ip，即建立了AF_INET形式的socket时，

还需要保留些额外的参数，于是就有了struct sock结构。文件主要

有：/net/ipv4/protocol.c /net/ipv4/af_inet.c /net/core/sock.c etc

TCP/UDP层：处理传输层的操作，传输层用struct inet_protocol和struct proto 两个结构表示。文件主要

有：/net/ipv4/udp.c /net/ipv4/datagram.c /net/ipv4/tcp.c

/net/ipv4/tcp_input.c /net/ipv4//tcp_output.c

/net/ipv4/tcp_minisocks.c

/net/ipv4/tcp_output.c /net/ipv4/tcp_timer.c