今天給大家介紹Linux網(wǎng)絡(luò)技術(shù)中最核心的部分--TCP/IP協(xié)議棧 。

我們先看一下抽象的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧模型

再按分層思想看Linux內(nèi)核協(xié)議棧實現(xiàn)框架

1. socket layer

socket對象層次結(jié)構(gòu)

socket系統(tǒng)調(diào)用（socket，bind，listen，accept，send，recv等）

BSD socket API

協(xié)議棧sock抽象適配層

tcp/udp/icmp/raw/packet/netlink/。。. socket管理

socket選項

2. tcp/udp layer

TCP報文收發(fā)

TCP Socket連接管理

TCP協(xié)議狀態(tài)機(jī)，定時器處理

TCP滑動窗口，擁塞控制框架

1. IP handle

報文分片和重組

IP協(xié)議字段處理，IP選項，Qos，TTL，校驗等處理

報文接收（解封裝）和發(fā)送（IP協(xié)議封裝，提供給上層接口）

組播，ICMP協(xié)議處理等

2. netlfilter框架

5個HOOK點：

PREROUTING：數(shù)據(jù)包進(jìn)入路由表之前

INPUT：通過路由表后目的地為本機(jī)

FORWARD：通過路由表后，目的地不為本機(jī)

OUTPUT：由本機(jī)產(chǎn)生，向外發(fā)送

POSTROUTIONG：發(fā)送到網(wǎng)卡接口之前。

每個HOOK點都會執(zhí)行一些函數(shù)，大致分為下面幾個表：

NAT表： 用于實現(xiàn)nat功能，端口映射，地址映射等

mangle表： 用來修改報文，例如更改IP標(biāo)頭的TOS / DSCP / ECN位

filter表：用來過濾報文

raw表：用來提前標(biāo)記報文不走一些流程（比如不需要建會話）

conntrack表：連接跟蹤表，跟蹤連接會話，用來實現(xiàn)狀態(tài)防火墻，NAT功能的基礎(chǔ)，可擴(kuò)展更多功能。

主要功能

無狀態(tài)數(shù)據(jù)包過濾（IPv4和IPv6）

有狀態(tài)的數(shù)據(jù)包過濾（IPv4和IPv6）

各種網(wǎng)絡(luò)地址和端口轉(zhuǎn)換，例如NAT / NAPT（IPv4和IPv6）

靈活可擴(kuò)展的基礎(chǔ)架構(gòu)

第三方擴(kuò)展的API

3. 路由系統(tǒng)

FIB（The Forwarding Information Base ）

策略路由 Policies

路由匹配HASH，LC-tries等

主要功能

三層路由轉(zhuǎn)發(fā)

4. 鄰居系統(tǒng)

ARP協(xié)議（IPV4），NDP協(xié)議（IPV6）

鄰居表新建，更新，老化機(jī)制，狀態(tài)轉(zhuǎn)化等

API接口

主要功能

獲取mac地址

1. Link layer

FDB（macforwarding database）管理

port，bridge對象管理和報文接收，轉(zhuǎn)發(fā)

STP，vlan協(xié)議相關(guān)處理

主要功能

實現(xiàn)二層mac轉(zhuǎn)發(fā)

鏈路協(xié)議

IEEE 802協(xié)議族（STP，VLAN，以太網(wǎng)，無線wifi，令牌環(huán)等）

Packt Type

Protocol handler

Packet_type list

主要功能

鏈路層報文協(xié)議分發(fā)

Traffic control

qdisc ：通過隊列將數(shù)據(jù)包緩存起來，用來控制網(wǎng)絡(luò)收發(fā)的速度

class ：用來表示控制策略

filter ：用來將數(shù)據(jù)包劃分到具體的控制策略主要功能

提供的流量限速、整形和策略控制機(jī)制（Qos）

2. hardware driver layer

網(wǎng)絡(luò)設(shè)備管理

RPS，RFS，XPS，GRO，GSO，TSO等優(yōu)化特性

網(wǎng)卡軟中斷收發(fā)，NAPI，DMA

支持各種網(wǎng)卡驅(qū)動實現(xiàn)

協(xié)議棧文件系統(tǒng)

Proc FileSystem

/proc/net

/proc/sys/net

ipv4

core

Sys FileSystem

/sys/class/net/ethx

主要功能

提供協(xié)議棧相關(guān)配置查詢和設(shè)置

編輯：jq