今天给大家介绍Linux网络技术中最核心的部分--TCP/IP协议栈 。
我们先看一下抽象的网络协议栈模型
TCP/IP四层（参考）模型
再按分层思想看Linux内核协议栈实现框架
自顶向下
Socket/ L4 TCP layer
socket layer
socket对象层次结构
socket框架
- socket系统调用（socket，bind，listen，accept，send，recv等）
- BSD socket API
- 协议栈sock抽象适配层
- tcp/udp/icmp/raw/packet/netlink/... socket管理
- socket选项
tcp/udp layer
- TCP报文收发
- TCP Socket连接管理
- TCP协议状态机，定时器处理
- TCP滑动窗口，拥塞控制框架
L3 IP layer
IP handle
- 报文分片和重组
- IP协议字段处理，IP选项，Qos，TTL，校验等处理
- 报文接收（解封装）和发送(IP协议封装，提供给上层接口）
- 组播，ICMP协议处理等
netlfilter框架
5个HOOK点：
PREROUTING：数据包进入路由表之前
INPUT：通过路由表后目的地为本机
FORWARD：通过路由表后，目的地不为本机
OUTPUT：由本机产生，向外发送
POSTROUTIONG：发送到网卡接口之前。
每个HOOK点都会执行一些函数，大致分为下面几个表：
NAT表: 用于实现nat功能，端口映射，地址映射等
mangle表: 用来修改报文，例如更改IP标头的TOS / DSCP / ECN位
filter表：用来过滤报文
raw表：用来提前标记报文不走一些流程（比如不需要建会话)
conntrack表：连接跟踪表，跟踪连接会话，用来实现状态防火墙，NAT功能的基础，可扩展更多功能。
核心处理流程
主要功能
- 无状态数据包过滤（IPv4和IPv6）
- 有状态的数据包过滤（IPv4和IPv6）
- 各种网络地址和端口转换，例如NAT / NAPT（IPv4和IPv6）
- 灵活可扩展的基础架构
- 第三方扩展的API
路由系统
协议栈处理位置
路由子系统架构
- FIB（The Forwarding Information Base ）
- 策略路由 Policies
- 路由匹配HASH，LC-tries等
主要功能
三层路由转发
邻居系统
- ARP协议(IPV4),NDP协议（IPV6)
- 邻居表新建，更新，老化机制，状态转化等
- API接口
主要功能
- 获取mac地址
L2 link layer(driver)
Link layer
Bridge
- FDB(macforwarding database)管理
- port，bridge对象管理和报文接收，转发
- STP，vlan协议相关处理
主要功能
- 实现二层mac转发
链路协议
- IEEE 802协议族（STP，VLAN，以太网，无线wifi，令牌环等）
Packt Type
- Protocol handler
- Packet_type list
主要功能
- 链路层报文协议分发
Traffic control
- qdisc ：通过队列将数据包缓存起来，用来控制网络收发的速度
- class ：用来表示控制策略
- filter ：用来将数据包划分到具体的控制策略
主要功能
- 提供的流量限速、整形和策略控制机制（Qos）
hardware driver layer
- 网络设备管理
- RPS,RFS,XPS,GRO,GSO,TSO等优化特性
- 网卡软中断收发，NAPI，DMA
- 支持各种网卡驱动实现
协议栈文件系统
Proc FileSystem
- /proc/net
- /proc/sys/net
ipv4
core
Sys FileSystem
- /sys/class/net/ethx
主要功能
- 提供协议栈相关配置查询和设置
最后
整体架构图
