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Linux内核的网络栈主要由以下几个层次组成,每个层次负责不同的网络协议处理:
BSD socket层:这一层处理BSD socket相关操作,每个socket在内核中以struct socket结构体表示。主要涉及的文件包括:
net/socket.c net/protocols.c
INET socket层:BSD socket是通用的网络协议接口,但在处理TCP/IP协议时,INET socket层负责管理socket实例及相关的额外参数。涉及的文件包括:
net/ipv4/protocol.c net/ipv4/af_inet.c net/core/sock.c
TCP/UDP层:处理传输层协议的操作,主要通过struct inet_protocol和struct proto结构体来实现。涉及的文件包括:
net/ipv4/udp.c net/ipv4/datagram.c net/ipv4/tcp.c net/ipv4/tcp_input.c net/ipv4/tcp_output.c net/ipv4/tcp_minisocks.c net/ipv4/tcp_timer.c
IP层:负责网络层的协议处理,主要通过struct packet_type结构体来实现。涉及的文件包括:
net/ipv4/ip_forward.c net/ipv4/ip_fragment.c net/ipv4/ip_input.c net/ipv4/ip_output.c
数据链路层和驱动程序:网络设备以struct net_device结构体表示,通用处理在dev.c中,驱动程序位于/driver/net目录下。
Linux通过一层相互依赖的软件层次实现TCP/IP模型,主要包括BSD socket层、INET socket层、传输层、网络层和链路层。应用程序通过系统调用将数据传递到内核空间,内核函数处理相应数据结构:
Linux支持多种通信协议族,其中TCP/IP是本文的重点。其他协议族包括:
BSD套接字层:操作对象是socket,数据存放在msghdr结构中。在创建socket时,需要指定family、type和protocol参数,并建立socket实例及文件描述符。同时初始化socket操作函数proto_ops。
对于stream类型socket,初始化inet_stream_ops;对于dgram类型,初始化inet_dgram_ops。inet_stream_ops包含tcp_close等操作,用于释放socket资源。
创建socket时:初始化sock数据结构,包括接收队列、发送队列和backlog队列。对于inet类型socket,sock的proto初始化为tcp_prot。
数据传输过程:write操作将数据整理成msghdr格式,调用sock_sendmsg将数据传递到INET层。INET层将数据拆分成sk_buff结构,逐层传递给下层协议处理。
路由系统:包含neighbour表、FIB和路由缓存。neighbour表存储本机连接的邻居信息,FIB存储最重要的路由规则,路由缓存用于快速查找路由信息。
数据链路层:net_device结构体代表网络接口设备,系统通过dev_base链表管理所有net_device实例。注册和注销net_device分别通过register_netdev和unregister_netdev函数完成。
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