Linux 收发包流程

Linux 收包流程

1. 数据包到达网卡 NIC（Network Interface Card）；
2. NIC 校验 MAC（网卡非混杂模式）和帧的校验字段 FCS（Frame Check Sequence 帧校验序列）；
3. NIC 通过 DMA （Direct Memory Access，即直接存储器访问）将数据包放入提前映射好的内存区域；
4. NIC 将数据包的引用放入接受的 running buffer 队列（环形缓冲区） rx 中；
5. NIC 等待 rx-usecs 的超时时间或者 rx 队列长度达到 rx-frames 后触发中断 IRQ（interrupt request，中断请求）；
6. CPU 执行硬件中断和网卡的驱动程序；
7. 驱动程序清理硬中断并触发软中断 NFT_RX_SOFTIRQ；
8. 软中断对网卡进行轮询收包；
9. 数据包被放入 qdisc 队列（网卡多队列）；
10. 将数据包送入协议栈，调用 ip_recv；
11. 调用 netfilter 的 PREROUTING 链（数据包做路由计算之前的钩子函数）；
12. 查找路由表，进行转发或投递到 local；
13. 对投递到 local 的数据包调用 netfilter 的 LOCAL_IN 链（所有到本机的数据包都会调用这个钩子函数）；
14. 调用四层协议栈，如 tcp_v4_rcv；
15. 查找到对应的 socket（根据五元组：源IP地址，源端口，目的IP地址，目的端口，和传输层协议，做一个哈希），运行 TCP 的状态机；
16. 将数据放入 TCP 的接收缓冲区中；
17. 通过 epoll （钩子函数）或者其他轮询方式通知应用程序；
18. 应用程序读取数据。

Linux 发包流程

1. 应用程序发送数据；
2. TCP 为发送的数据申请 skb（一个数据包对象）；
3. 构建 TCP 头部，如 src 和 dst 的 port，checksum（计算一个校验值）；
4. 调用第三层协议，构建 IP 头部，调动 netfilter 的 LOCAL_OUT 链（本机出去的数据包都会跑一下这个链上的钩子函数）；
5. 查找路由表；
6. 调用 netfilter 的 POST_ROUTING 链（路由之后的钩子函数）；
7. 对超过 MTU （最大传输单元 Maximum Transmission Unit）的报文进行分片（fragment）；
8. 调用二层的发包函数 dev_queue_xmit；
9. 将待发数据包放入输出的 QDisc 队列；
10. 调用网卡驱动程序，将数据包放入循环缓冲队列 tx；
11. 驱动程序在 tx-usercs 的超时时间后，或者积累 tx-frames 个待发数据包后触发软中断；
12. 驱动程序启用网卡的硬件中断；
13. 驱动程序将数据包映射到 DMA 内存；
14. 网卡从 DMA 中取数据并发送；
15. 网卡发送完毕后触发硬件中断；
16. 硬中断清理中断信号后触发软中断；
17. 软中断释放已经发送完的数据包的内存；