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tcp/ip协议栈

亦视 70

前言:

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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

1. 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

2. 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

1. 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

2. 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

3. 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

4. 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)

1. 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 handlerPacket_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)

2. 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

如果想了解更多细节,请阅读Linux内核源码或者参考下面两本经典著作:

《The Linux Networking Architecture》

《Understanding Linux Network Internals》

内容来自极度重生

标签: #netlinkrecvfrom超时