Linux TCP/IP協議棧的示例分析

這篇文章將為大家詳細講解有關Linux TCP/IP協議棧的示例分析，文章內容質量較高，因此小編分享給大家做個參考，希望大家閱讀完這篇文章后對相關知識有一定的了解。

TCP特點

我們都非常清楚TCP協議設計的初衷，就是保證數據傳輸的快速，有序，無誤。所以特點總結如下：

• 1、面向連接，可以用五元組來表示一條連接(遠程ip，遠程端口，本地ip，本地端口，傳輸層協議)。




• 2、數據是全雙工的




• 3、數據是有序的，也就是接受的數據一定是按照發送時的順序的。




• 4、流量控制，發送方可以通過接收方滑動窗口大小來動態調整發送數據的大小。




• 5、擁塞控制，發送方通過ACK的狀態結合擁塞算法綜合計算給出窗口大小。

了解完TCP特點字后，我們就來真正的看看數據發送到底是怎樣的過程?

數據發送

我們首先來看張圖：

上圖展示的是數據流動的在硬件中的過程，下圖展示的是數據在協議棧的過程：

整個過程分為三個大區域：用戶區，內核區，設備。這里所說的設備就是網卡。流程如下：

• 1、用戶應用程序調用write系統調用




• 2、確認文件描述符




• 3、拷貝數據到socket buffer中




• 4、創建tcp片段，計算checksum




• 5、添加IP頭，執行ip路由，計算checksum




• 6、添加以太網協議頭部，執行ARP




• 7、告訴網卡芯片要發送數據了




• 8、網卡從內存中獲取數據發送，發送完成中斷告訴CPU

數據接收

直接看硬件數據流圖：

首先網卡把接收到的數據包寫入到它的內存之中。然后對其進行校驗，通過后發送到主機的主存之中。主存中的buffer是驅動分配好的，驅動會把分配好的buffer描述告訴網卡，如果沒有足夠的buffer接受網卡的數據包，網卡會將數據包丟棄。一旦數據包拷貝到主存完成，網卡會通過中斷告知主機OS。

之后驅動會檢查它是否能處理這個新的包。如果能處理，驅動會把數據包包裝成OS認識的結構( linux sk_buffer)并推送到上層。 鏈路層接收到幀后檢查通過的話會按照協議解幀并推送至IP層。

IP層會在解包之后根據包中包含的IP信息決定推送至上層還是轉發到其他IP。如果判斷需要推送至上層，則會解掉IP包頭并推送至TCP層。

TCP在解報之后會根據其四元組找到對應的TCB，之后通過TCP協議處理這個報文。在接收到報文后，會把報文加到接受報文，之后根據TCP的狀態發送一個ACK給對端。

當然上述過程會受到NAT等等Netfilter的作用，這里不談了，也沒深研究過。當然為了性能，大牛們方方面面也做了很多努力，比如大到RDMA、DPDK等大的軟硬件技術，小到zero-copy、checksum offload等;

現代的軟硬件TCP/IP協議棧單鏈接發送速率到1~2GiB/s完全沒有任何問題(經過實測)。如果你想探索更優秀的性能，你可以嘗試RMDA等技術，他們通過繞過內核以減少拷貝等方式優化了性能，當然可能依賴硬件。

關于Linux TCP/IP協議棧的示例分析就分享到這里了，希望以上內容可以對大家有一定的幫助，可以學到更多知識。如果覺得文章不錯，可以把它分享出去讓更多的人看到。