Linux内核--网络栈实现分析（二）--数据包的传递过程--转

转载地址

作者：闫明

本文分析基于Linux Kernel 1.2.13

注：标题中的”（上）“，”（下）“表示分析过程基于数据包的传递方向：”（上）“表示分析是从底层向上分析、”（下）“表示分析是从上向下分析。

?上篇：

上一篇博文中我们从宏观上分析了Linux内核中网络栈的初始化过程，这里我们再从宏观上分析一下一个数据包在各网络层的传递的过程。

我们知道网络的OSI模型和TCP/IP模型层次结构如下：

上文中我们看到了网络栈的层次结构：

我们就从最底层开始追溯一个数据包的传递流程。

1、网络接口层

* 硬件监听物理介质，进行数据的接收，当接收的数据填满了缓冲区，硬件就会产生中断，中断产生后，系统会转向中断服务子程序。

* 在中断服务子程序中，数据会从硬件的缓冲区复制到内核的空间缓冲区，并包装成一个数据结构（sk_buff），然后调用对驱动层的接口函数netif_rx()将数据包发送给链路层。该函数的实现在net/inet/dev.c中，（在整个网络栈实现中dev.c文件的作用重大，它衔接了其下的驱动层和其上的网络层，可以称它为链路层模块的实现）

该函数的实现如下：

<div class="dp-highlighter bg_cpp">
<div class="bar">
<div class="tools">
[cpp]?<a class="ViewSource" title="view plain" href="http://blog.csdn.net/geekcome/article/details/7492423"&gt;view plain<a class="CopyToClipboard" title="copy" href="http://blog.csdn.net/geekcome/article/details/7492423"&gt;copy

?
1. ?
2. ?
3. ?
4. ?
5. ?
6. ??
7. ??
8. ?netif_rx(?sk_buff?*skb)??
9. {??
10. ??????dropping?=?0;??
11. ??
12. ?????
13. ?
14. ?
15. ?
16. ??
17. ????skb->sk?=?NULL;??
18. ????skb->free?=?1;??
19. ????(skb->stamp.tv_sec==0)??
20. ????????skb->stamp?=?xtime;??
21. ??
22. ?????
23. ?
24. ??
25. ??
26. ?????(!backlog_size)??
27. ????????dropping?=?0;??
28. ??????(backlog_size?>?300)??
29. ????????dropping?=?1;??
30. ??
31. ?????(dropping)???
32. ????{??
33. ????????kfree_skb(skb,?FREE_READ);??
34. ????????;??
35. ????}??
36. ??
37. ?????
38. ?
39. ??
40. ??
41. ????IS_SKB(skb);??
42. ??
43. ????skb_queue_tail(&backlog,skb);??
44. ????backlog_size++;??
45. ????
46. ?????
47. ?
48. ?
49. ??
50. ??
51. ????mark_bh(NET_BH);??
52. ????;??
53. }??

该函数中用到了bootom half技术，该技术的原理是将中断处理程序人为的分为两部分，上半部分是实时性要求较高的任务，后半部分可以稍后完成，这样就可以节省中断程序的处理时间。可整体的提高系统的性能。该技术将会在后续的博文中详细分析。

我们从上一篇分析中知道，在网络栈初始化的时候，已经将NET的下半部分执行函数定义成了net_bh(在socket.c文件中1375行左右)

<div class="dp-highlighter bg_cpp">
<div class="bar">
<div class="tools">
[cpp]?<a class="ViewSource" title="view plain" href="http://blog.csdn.net/geekcome/article/details/7492423"&gt;view plain<a class="CopyToClipboard" title="copy" href="http://blog.csdn.net/geekcome/article/details/7492423"&gt;copy

bh_base[NET_BH].routine=?net_bh;??

* 函数net_bh的实现在net/inet/dev.c中

<div class="dp-highlighter bg_cpp">
<div class="bar">
<div class="tools">
[cpp]?<a class="ViewSource" title="view plain" href="http://blog.csdn.net/geekcome/article/details/7492423"&gt;view plain<a class="CopyToClipboard" title="copy" href="http://blog.csdn.net/geekcome/article/details/7492423"&gt;copy

?
1. ?
2. ?
3. ?
4. ?
5. ?
6. ??
7. ???
8. ?net_bh(?*tmp)??
9. {??
10. ?????sk_buff?*skb;??
11. ?????packet_type?*ptype;??
12. ?????packet_type?*pt_prev;??
13. ????unsigned??type;??
14. ??
15. ?????
16. ?
17. ??
18. ??
19. ?????(set_bit(1,?(*)&in_bh))??
20. ????????;??
21. ??
22. ?????
23. ?
24. ?
25. ?
26. ??
27. ??
28. ????dev_transmit();??
29. ????
30. ?????
31. ?
32. ?
33. ?
34. ??
35. ??
36. ????cli();??
37. ??????
38. ?????
39. ?
40. ??
41. ???????
42. ????((skb=skb_dequeue(&backlog))!=NULL)??
43. ????{??
44. ?????????
45. ?
46. ??
47. ????????backlog_size--;??
48. ??
49. ????????sti();??
50. ??????????
51. ????????????
52. ?
53. ?
54. ?
55. ?
56. ??
57. ??
58. ????????skb->h.raw?=?skb->data?+?skb->dev->hard_header_len;??
59. ????????skb->len?-=?skb->dev->hard_header_len;??
60. ??
61. ????????????
62. ?
63. ?
64. ?
65. ?
66. ?
67. ?
68. ?
69. ?
70. ??
71. ??????????
72. ????????type?=?skb->dev->type_trans(skb,?skb->dev);??
73. ??
74. ?????????
75. ?
76. ?
77. ?
78. ?
79. ?
80. ?
81. ?
82. ?
83. ?
84. ??
85. ????????pt_prev?=?NULL;??
86. ?????????(ptype?=?ptype_base;?ptype?!=?NULL;?ptype?=?ptype->next)???
87. ????????{??
88. ??????????????
89. ?????????????((ptype->type?==?type?||?ptype->type?==?htons(ETH_P_ALL))?&&?(!ptype->dev?||?ptype->dev==skb->dev))??
90. ????????????{??
91. ?????????????????
92. ?
93. ?
94. ??
95. ????????????????(pt_prev)??
96. ????????????????{??
97. ?????????????????????sk_buff?*skb2;??
98. ??
99. ????????????????????skb2=skb_clone(skb,?GFP_ATOMIC);??
100. ??
101. ?????????????????????
102. ?
103. ?
104. ??
105. ??
106. ????????????????????(skb2)??
107. ????????????????????????pt_prev->func(skb2,?skb->dev,?pt_prev);??
108. ??????????????????????????????????????????????
109. ??????????????????????????????????????????????
110. ????????????????}??
111. ??????????????????
112. ????????????????pt_prev=ptype;??
113. ????????????}??
114. ????????}???
115. ??????????
116. ?????????
117. ?
118. ??
119. ??
120. ????????(pt_prev)??
121. ????????????pt_prev->func(skb,?pt_prev);??
122. ?????????
123. ?
124. ??
125. ???????
126. ??????????
127. ????????????kfree_skb(skb,?FREE_WRITE);??
128. ??
129. ?????????
130. ?
131. ?
132. ?
133. ??
134. ??
135. ????????dev_transmit();??
136. ????????cli();??
137. ????}?????
138. ??????
139. ?????
140. ?
141. ??
142. ???????
143. ????in_bh?=?0;??
144. ????sti();??
145. ??????
146. ?????
147. ?
148. ??
149. ???????
150. ????dev_transmit();??
151. }??

2、网络层* 就以IP数据包为例来说明，那么从链路层向网络层传递时将调用ip_rcv函数。该函数完成本层的处理后会根据IP首部中使用的传输层协议来调用相应协议的处理函数。

UDP对应udp_rcv、TCP对应tcp_rcv、ICMP对应icmp_rcv、IGMP对应igmp_rcv（虽然这里的ICMP,IGMP一般成为网络层协议，但是实际上他们都封装在IP协议里面，作为传输层对待）

这个函数比较复杂，后续会详细分析。这里粘贴一下，让我们对整体了解更清楚

<div class="dp-highlighter bg_cpp">
<div class="bar">
<div class="tools">
[cpp]?<a class="ViewSource" title="view plain" href="http://blog.csdn.net/geekcome/article/details/7492423"&gt;view plain<a class="CopyToClipboard" title="copy" href="http://blog.csdn.net/geekcome/article/details/7492423"&gt;copy

?
1. ?
2. ??
3. ??
4. ?ip_rcv(?sk_buff?*skb,??device?*dev,??packet_type?*pt)??
5. {??
6. ?????iphdr?*iph?=?skb->h.iph;??
7. ?????sock?*raw_sk=NULL;??
8. ????unsigned??hash;??
9. ????unsigned??flag?=?0;??
10. ????unsigned??opts_p?=?0;?????
11. ?????inet_protocol?*ipprot;??
12. ??????options?opt;??
13. ??
14. ?????brd=IS_MYADDR;??
15. ?????is_frag=0;??
16. ??
17. ?????err;??
18. ??
19. ??
20. ????ip_statistics.IpInReceives++;??
21. ??
22. ?????
23. ?
24. ??
25. ??
26. ????skb->ip_hdr?=?iph;??
27. ??
28. ?????
29. ?
30. ?
31. ?
32. ?
33. ?
34. ?
35. ??
36. ??
37. ?????(skb->len<(?iphdr)?||?iph->ihl<5?||?iph->version?!=?4?||??
38. ????????skb->lentot_len)?||?ip_fast_csum((unsigned??*)iph,?iph->ihl)?!=0)??
39. ????{??
40. ????????ip_statistics.IpInHdrErrors++;??
41. ????????kfree_skb(skb,?FREE_WRITE);??
42. ????????(0);??
43. ????}??
44. ??????
45. ?????
46. ?
47. ??
48. ??
49. ??
50. ??????
51. ?????((err=ip_fw_chk(iph,dev,ip_fw_blk_chain,ip_fw_blk_policy,?0))!=1)??
52. ????{??
53. ????????(err==-1)??
54. ????????????icmp_send(skb,?ICMP_DEST_UNREACH,?ICMP_PORT_UNREACH,?0,?dev);??
55. ????????kfree_skb(skb,?FREE_WRITE);??
56. ?????????0;?????
57. ????}??
58. ??
59. ??
60. ??????
61. ?????
62. ?
63. ?
64. ??
65. ??
66. ????skb->len=ntohs(iph->tot_len);??
67. ??
68. ?????
69. ?
70. ?
71. ??
72. ??
73. ?????(iph->ihl?!=?5)??
74. ????{?????
75. ????????memset((?*)?&opt,?(opt));??
76. ?????????(do_options(iph,?&opt)?!=?0)??
77. ?????????????0;??
78. ????????opts_p?=?1;??
79. ????}??
80. ??
81. ?????
82. ?
83. ??
84. ???????
85. ????(iph->frag_off)??
86. ????{??
87. ?????????(iph->frag_off?&?0x0020)??
88. ????????????is_frag|=1;??
89. ?????????
90. ?
91. ??
92. ??????
93. ?????????(ntohs(iph->frag_off)?&?0x1fff)??
94. ????????????is_frag|=2;??
95. ????}??
96. ??????
97. ?????
98. ?
99. ?
100. ?
101. ?
102. ?
103. ?
104. ?
105. ?
106. ?
107. ??
108. ??
109. ?????(?iph->daddr?!=?skb->dev->pa_addr?&&?(brd?=?ip_chk_addr(iph->daddr))?==?0)??
110. ????{??
111. ?????????
112. ?
113. ??
114. ??
115. ????????(skb->pkt_type!=PACKET_HOST?||?brd==IS_BROADCAST)??
116. ????????{??
117. ????????????kfree_skb(skb,FREE_WRITE);??
118. ?????????????0;??
119. ????????}??
120. ??
121. ?????????
122. ?
123. ??
124. ??
125. ??
126. ????????ip_forward(skb,?dev,?is_frag);??
127. ??
128. ?
129. saddr,iph->daddr);*/??
130. ????????ip_statistics.IpInAddrErrors++;??
131. ??
132. ?????????
133. ?
134. ?
135. ??
136. ??
137. ????????kfree_skb(skb,?FREE_WRITE);??
138. ????????(0);??
139. ????}??
140. ??????
141. ??
142. ??
143. ????(brd==IS_MULTICAST?&&?iph->daddr!=IGMP_ALL_HOSTS?&&?!(dev->flags&IFF_LOOPBACK))??
144. ????{??
145. ?????????
146. ?
147. ??
148. ?????????ip_mc_list?*ip_mc=dev->ip_mc_list;??
149. ??????????
150. ????????{??
151. ????????????(ip_mc==NULL)??
152. ????????????{?????
153. ????????????????kfree_skb(skb,?FREE_WRITE);??
154. ?????????????????0;??
155. ????????????}??
156. ????????????(ip_mc->multiaddr==iph->daddr)??
157. ????????????????;??
158. ????????????ip_mc=ip_mc->next;??
159. ????????}??
160. ????????(1);??
161. ????}??
162. ??
163. ?????
164. ?
165. ??
166. ???????
167. ??
168. ????ip_acct_cnt(iph,?ip_acct_chain);??
169. ??
170. ??
171. ?????
172. ?
173. ??
174. ??
175. ????(is_frag)??
176. ????{??
177. ??????????
178. ????????skb=ip_defrag(iph,skb,dev);??
179. ????????(skb==NULL)??
180. ?????????????0;??
181. ????????skb->dev?=?dev;??
182. ????????iph=skb->h.iph;??
183. ????}??
184. ??????
185. ???????????
186. ??
187. ?????
188. ?
189. ??
190. ??
191. ????skb->ip_hdr?=?iph;??
192. ????skb->h.raw?+=?iph->ihl*4;??
193. ??????
194. ?????
195. ?
196. ??
197. ???????
198. ????hash?=?iph->protocol?&?(SOCK_ARRAY_SIZE-1);??
199. ??????
200. ??????
201. ????((raw_sk=raw_prot.sock_array[hash])!=NULL)??
202. ????{??
203. ?????????sock?*sknext=NULL;??
204. ?????????sk_buff?*skb1;??
205. ????????raw_sk=get_sock_raw(raw_sk,?hash,??iph->saddr,?iph->daddr);??
206. ????????(raw_sk)????
207. ????????{??
208. ??????????????
209. ????????????{??
210. ??????????????????
211. ????????????????sknext=get_sock_raw(raw_sk->next,?iph->saddr,?iph->daddr);??
212. ????????????????(sknext)??
213. ????????????????????skb1=skb_clone(skb,?GFP_ATOMIC);??
214. ??????????????????
215. ????????????????????;????
216. ????????????????(skb1)??
217. ????????????????????raw_rcv(raw_sk,?skb1,iph->daddr);??
218. ????????????????raw_sk=sknext;??
219. ????????????}??
220. ????????????(raw_sk!=NULL);??
221. ??????????????
222. ??????????????
223. ????????}??
224. ????}??
225. ??????
226. ?????
227. h.raw?now?points?at?the?protocol?beyond?the?IP?header.?
228. ??
229. ??
230. ????hash?=?iph->protocol?&?(MAX_INET_PROTOS?-1);??
231. ?????(ipprot?=?(?inet_protocol?*)inet_protos[hash];ipprot?!=?NULL;ipprot=(?inet_protocol?*)ipprot->next)??
232. ????{??
233. ?????????sk_buff?*skb2;??
234. ??
235. ?????????(ipprot->protocol?!=?iph->protocol)??
236. ????????????;??
237. ????????
238. ?
239. ?
240. ?
241. ?
242. ??
243. ?????????(ipprot->copy?||?raw_sk)??
244. ????????{??
245. ????????????skb2?=?skb_clone(skb,?GFP_ATOMIC);??
246. ????????????(skb2==NULL)??
247. ????????????????;??
248. ????????}??
249. ??????????
250. ????????{??
251. ????????????skb2?=?skb;??
252. ????????}??
253. ????????flag?=?1;??
254. ??
255. ????????????
256. ?
257. ?
258. ?
259. ??
260. ????????ipprot->handler(skb2,?opts_p???&opt?:?0,?iph->daddr,??
261. ????????????????(ntohs(iph->tot_len)?-?(iph->ihl?*?4)),??
262. ????????????????iph->saddr,?ipprot);??
263. ??
264. ????}??
265. ??
266. ?????
267. ?
268. ?
269. ?
270. ?
271. ??
272. ??
273. ????(raw_sk!=NULL)??????
274. ????????raw_rcv(raw_sk,?skb,?iph->daddr);??
275. ??????(!flag)???????
276. ????{??
277. ?????????(brd?!=?IS_BROADCAST?&&?brd!=IS_MULTICAST)??
278. ????????????icmp_send(skb,?ICMP_PROT_UNREACH,?FREE_WRITE);??
279. ????}??
280. ??
281. ????(0);??
282. }??

3、传输层

如果在IP数据报的首部标明的是使用TCP传输数据，则在上述函数中会调用tcp_rcv函数。该函数的大体处理流程为：

“所有使用TCP 协议的套接字对应sock 结构都被挂入tcp_prot 全局变量表示的proto 结构之sock_array 数组中，采用以本地端口号为索引的插入方式，所以当tcp_rcv 函数接收到一个数据包，在完成必要的检查和处理后，其将以TCP 协议首部中目的端口号（对于一个接收的数据包而言，其目的端口号就是本地所使用的端口号）为索引，在tcp_prot 对应sock 结构之sock_array 数组中得到正确的sock 结构队列，在辅之以其他条件遍历该队列进行对应sock 结构的查询，在得到匹配的sock 结构后，将数据包挂入该sock 结构中的缓存队列中（由sock 结构中receive_queue 字段指向），从而完成数据包的最终接收。”

该函数的实现也会比较复杂，这是由TCP协议的复杂功能决定的。附代码如下：

<div class="dp-highlighter bg_cpp">
<div class="bar">
<div class="tools">
[cpp]?<a class="ViewSource" title="view plain" href="http://blog.csdn.net/geekcome/article/details/7492423"&gt;view plain<a class="CopyToClipboard" title="copy" href="http://blog.csdn.net/geekcome/article/details/7492423"&gt;copy

?
1. ?
2. ??
3. ???
4. ?tcp_rcv(?sk_buff?*skb,??options?*opt,??
5. ????unsigned??daddr,?unsigned??len,??
6. ????unsigned??saddr,??redo,??inet_protocol?*?protocol)??
7. {??
8. ?????tcphdr?*th;??
9. ?????sock?*sk;??
10. ?????syn_ok=0;??
11. ??????
12. ?????(!skb)???
13. ????{??
14. ????????printk();??
15. ????????(0);??
16. ????}??
17. ??
18. ?????(!dev)???
19. ????{??
20. ????????printk();??
21. ????????(0);??
22. ????}??
23. ????
24. ????tcp_statistics.TcpInSegs++;??
25. ????
26. ????(skb->pkt_type!=PACKET_HOST)??
27. ????{??
28. ????????kfree_skb(skb,FREE_READ);??
29. ????????(0);??
30. ????}??
31. ????
32. ????th?=?skb->h.th;??
33. ??
34. ?????
35. ?
36. ??
37. ??
38. ????sk?=?get_sock(&tcp_prot,?th->dest,?saddr,?th->source,?daddr);??
39. ??
40. ?????
41. ?
42. ?
43. ?
44. ?
45. ?
46. ?
47. ??
48. ???????
49. ?????(sk!=NULL?&&?(sk->zapped?||?sk->state==TCP_CLOSE))??
50. ????????sk=NULL;??
51. ??
52. ?????(!redo)???
53. ????{??
54. ?????????(tcp_check(th,?len,?daddr?))???
55. ????????{??
56. ????????????skb->sk?=?NULL;??
57. ????????????kfree_skb(skb,FREE_READ);??
58. ?????????????
59. ?
60. ?
61. ??
62. ????????????(0);??
63. ????????}??
64. ????????th->seq?=?ntohl(th->seq);??
65. ??
66. ??????????
67. ?????????(sk?==?NULL)???
68. ????????{??
69. ?????????????
70. rst?is?0?send?a?reset?(checked?in?tcp_reset)?
71. ??
72. ????????????tcp_reset(daddr,?th,?&tcp_prot,?opt,skb->ip_hdr->tos,255);??
73. ????????????skb->sk?=?NULL;??
74. ?????????????
75. ?
76. ??
77. ????????????kfree_skb(skb,?FREE_READ);??
78. ????????????(0);??
79. ????????}??
80. ??
81. ????????skb->len?=?len;??
82. ????????skb->acked?=?0;??
83. ????????skb->used?=?0;??
84. ????????skb->free?=?0;??
85. ????????skb->saddr?=?daddr;??
86. ????????skb->daddr?=?saddr;??
87. ??????
88. ??????????
89. ????????cli();??
90. ?????????(sk->inuse)???
91. ????????{??
92. ????????????skb_queue_tail(&sk->back_log,?skb);??
93. ????????????sti();??
94. ????????????(0);??
95. ????????}??
96. ????????sk->inuse?=?1;??
97. ????????sti();??
98. ????}??
99. ??????
100. ????{??
101. ?????????(sk==NULL)???
102. ????????{??
103. ????????????tcp_reset(daddr,255);??
104. ????????????skb->sk?=?NULL;??
105. ????????????kfree_skb(skb,?FREE_READ);??
106. ????????????(0);??
107. ????????}??
108. ????}??
109. ??
110. ??
111. ?????(!sk->prot)???
112. ????{??
113. ????????printk();??
114. ????????(0);??
115. ????}??
116. ??
117. ??
118. ?????
119. ?
120. ??
121. ???????
122. ?????(sk->rmem_alloc?+?skb->mem_len?>=?sk->rcvbuf)???
123. ????{??
124. ????????kfree_skb(skb,?FREE_READ);??
125. ????????release_sock(sk);??
126. ????????(0);??
127. ????}??
128. ??
129. ????skb->sk=sk;??
130. ????sk->rmem_alloc?+=?skb->mem_len;??
131. ??
132. ?????
133. ?
134. ?
135. ?
136. ?
137. ??
138. ??
139. ????(sk->state!=TCP_ESTABLISHED)?????????
140. ????{??
141. ??????
142. ?????????
143. ?
144. ??
145. ???????
146. ????????(sk->state==TCP_LISTEN)??
147. ????????{??
148. ????????????(th->ack)????
149. ????????????????tcp_reset(daddr,saddr,th,sk->prot,opt,sk->ip_tos,?sk->ip_ttl);??
150. ??
151. ?????????????
152. ?
153. ?
154. ?
155. ?
156. ??
157. ?????????????????
158. ????????????(th->rst?||?!th->syn?||?th->ack?||?ip_chk_addr(daddr)!=IS_MYADDR)??
159. ????????????{??
160. ????????????????kfree_skb(skb,?FREE_READ);??
161. ????????????????release_sock(sk);??
162. ?????????????????0;??
163. ????????????}??
164. ??????????
165. ?????????????
166. ?
167. ??
168. ??????????
169. ????????????tcp_conn_request(sk,?daddr,?tcp_init_seq());??
170. ??????????
171. ?????????????
172. ?
173. ?
174. ?
175. ?
176. ?
177. ?
178. ??
179. ???????????????
180. ????????????release_sock(sk);??
181. ?????????????0;??
182. ????????}??
183. ??????
184. ??????????
185. ?????????(sk->state?==?TCP_SYN_RECV?&&?th->syn?&&?th->seq+1?==?sk->acked_seq)??
186. ????????{??
187. ????????????kfree_skb(skb,?FREE_READ);??
188. ????????????release_sock(sk);??
189. ?????????????0;??
190. ????????}??
191. ??????????
192. ?????????
193. ?
194. ?
195. ??
196. ?????????
197. ????????(sk->state==TCP_SYN_SENT)??
198. ????????{??
199. ??????????????
200. ????????????(th->ack)??
201. ????????????{??
202. ??????????????????
203. ????????????????(!tcp_ack(sk,len))??
204. ????????????????{??
205. ?????????????????????
206. rst?is?checked?in?tcp_reset()]?*/??
207. ????????????????????tcp_statistics.TcpAttemptFails++;??
208. ????????????????????tcp_reset(daddr,??
209. ????????????????????????sk->prot,sk->ip_ttl);??
210. ????????????????????kfree_skb(skb,?FREE_READ);??
211. ????????????????????release_sock(sk);??
212. ????????????????????(0);??
213. ????????????????}??
214. ????????????????(th->rst)??
215. ?????????????????????tcp_std_reset(sk,skb);??
216. ????????????????(!th->syn)??
217. ????????????????{??
218. ?????????????????????
219. ??
220. ????????????????????kfree_skb(skb,?FREE_READ);??
221. ????????????????????release_sock(sk);??
222. ?????????????????????0;??
223. ????????????????}??
224. ?????????????????
225. ?
226. ?
227. ??
228. ????????????????syn_ok=1;?????
229. ????????????????sk->acked_seq=th->seq+1;??
230. ????????????????sk->fin_seq=th->seq;??
231. ????????????????tcp_send_ack(sk->sent_seq,sk->acked_seq,sk,sk->daddr);??
232. ????????????????tcp_set_state(sk,?TCP_ESTABLISHED);??
233. ????????????????tcp_options(sk,th);??
234. ????????????????sk->dummy_th.dest=th->source;??
235. ????????????????sk->copied_seq?=?sk->acked_seq;??
236. ????????????????(!sk->dead)??
237. ????????????????{??
238. ????????????????????sk->state_change(sk);??
239. ????????????????????sock_wake_async(sk->socket,?0);??
240. ????????????????}??
241. ????????????????(sk->max_window==0)??
242. ????????????????{??
243. ????????????????????sk->max_window?=?32;??
244. ????????????????????sk->mss?=?min(sk->max_window,?sk->mtu);??
245. ????????????????}??
246. ????????????}??
247. ??????????????
248. ????????????{??
249. ??????????????????
250. ????????????????(th->syn?&&?!th->rst)??
251. ????????????????{??
252. ?????????????????????
253. ??
254. ????????????????????(sk->saddr==saddr?&&?sk->daddr==daddr?&&??
255. ????????????????????????sk->dummy_th.source==th->source?&&??
256. ????????????????????????sk->dummy_th.dest==th->dest)??
257. ????????????????????{??
258. ????????????????????????tcp_statistics.TcpAttemptFails++;??
259. ?????????????????????????tcp_std_reset(sk,skb);??
260. ????????????????????}??
261. ????????????????????tcp_set_state(sk,TCP_SYN_RECV);??
262. ??????????????????????
263. ?????????????????????
264. ?
265. ?
266. ??
267. ????????????????}?????????
268. ??????????????????
269. ????????????????kfree_skb(skb,?FREE_READ);??
270. ????????????????release_sock(sk);??
271. ?????????????????0;??
272. ????????????}??
273. ?????????????
274. ?
275. ??
276. ?????????????rfc_step6;??
277. ????????}??
278. ??
279. ?????
280. ?
281. ?
282. ?
283. ??
284. ??????
285. ??
286. ??
287. ?????????(sk->state?==?TCP_TIME_WAIT?&&?th->syn?&&?sk->dead?&&???
288. ????????????after(th->seq,?sk->acked_seq)?&&?!th->rst)??
289. ????????{??
290. ?????????????seq=sk->write_seq;??
291. ????????????(sk->debug)??
292. ????????????????printk();??
293. ????????????tcp_statistics.TcpEstabResets++;?????????
294. ????????????sk->rmem_alloc?-=?skb->mem_len;??
295. ????????????skb->sk?=?NULL;??
296. ????????????sk->err=ECONNRESET;??
297. ????????????tcp_set_state(sk,?TCP_CLOSE);??
298. ????????????sk->shutdown?=?SHUTDOWN_MASK;??
299. ????????????release_sock(sk);??
300. ????????????sk=get_sock(&tcp_prot,?daddr);??
301. ?????????????(sk?&&?sk->state==TCP_LISTEN)??
302. ????????????{??
303. ????????????????sk->inuse=1;??
304. ????????????????skb->sk?=?sk;??
305. ????????????????sk->rmem_alloc?+=?skb->mem_len;??
306. ????????????????tcp_conn_request(sk,seq+128000);??
307. ????????????????release_sock(sk);??
308. ?????????????????0;??
309. ????????????}??
310. ????????????kfree_skb(skb,?FREE_READ);??
311. ?????????????0;??
312. ????????}??
313. ??
314. ????}??
315. ??
316. ?????
317. ?
318. ?
319. ?
320. ??
321. ??????
322. ????(!tcp_sequence(sk,len,dev))??
323. ????{??
324. ????????kfree_skb(skb,?FREE_READ);??
325. ????????release_sock(sk);??
326. ?????????0;??
327. ????}??
328. ??
329. ????(th->rst)??
330. ?????????tcp_std_reset(sk,skb);??
331. ??????
332. ?????
333. ?
334. ??
335. ???????
336. ????(th->syn?&&?!syn_ok)??
337. ????{??
338. ????????tcp_reset(daddr,?skb->ip_hdr->tos,?255);??
339. ?????????tcp_std_reset(sk,skb);?????
340. ????}??
341. ??
342. ?????
343. ?
344. ??
345. ???????
346. ??
347. ????(th->ack?&&?!tcp_ack(sk,len))??
348. ????{??
349. ?????????
350. ?
351. ??
352. ???????????
353. ????????(sk->state==TCP_SYN_RECV)??
354. ????????{??
355. ????????????tcp_reset(daddr,sk->ip_ttl);??
356. ????????}??
357. ????????kfree_skb(skb,?FREE_READ);??
358. ????????release_sock(sk);??
359. ?????????0;??
360. ????}??
361. ??????
362. rfc_step6:????????
363. ??
364. ?????
365. ?
366. ??
367. ??????????
368. ????(tcp_urg(sk,?len))??
369. ????{??
370. ????????kfree_skb(skb,?FREE_READ);??
371. ????????release_sock(sk);??
372. ?????????0;??
373. ????}??
374. ??????
375. ??????
376. ?????
377. ?
378. ??
379. ??????
380. ????(tcp_data(skb,?FREE_READ);??
381. ????????release_sock(sk);??
382. ?????????0;??
383. ????}??
384. ??
385. ?????
386. ?
387. ???
388. ??????
389. ????release_sock(sk);??
390. ?????0;??
391. }??

4、应用层

当用户需要接收数据时，首先根据文件描述符inode得到socket结构和sock结构，然后从sock结构中指向的队列recieve_queue中读取数据包，将数据包COPY到用户空间缓冲区。数据就完整的从硬件中传输到用户空间。这样也完成了一次完整的从下到上的传输。

下篇：

在博文中分析了数据包从网卡设备经过驱动链路层，网络层，传输层到应用层的过程。

本文就分析一下本机产生数据是如何通过传输层，网络层到达物理层的。

综述来说，数据流程图如下：

一、应用层

应用层可以通过系统调用或文件操作来调用内核函数，BSD层的sock_write()函数会调用INET层的inet_wirte()函数。

<div class="dp-highlighter bg_cpp">
<div class="bar">
<div class="tools">
[cpp]?<a class="ViewSource" title="view plain" href="http://blog.csdn.net/geekcome/article/details/7545855"&gt;view plain<a class="CopyToClipboard" title="copy" href="http://blog.csdn.net/geekcome/article/details/7545855"&gt;copy

?
1. ?
2. ?
3. ??
4. ??
5. ??sock_write(?inode?*inode,??file?*file,??*ubuf,??size)??
6. {??
7. ?????socket?*sock;??
8. ?????err;??
9. ??????
10. ?????(!(sock?=?socki_lookup(inode)))???
11. ????{??
12. ????????printk();??
13. ????????(-EBADF);??
14. ????}??
15. ??
16. ?????(sock->flags?&?SO_ACCEPTCON)???
17. ????????(-EINVAL);??
18. ??????
19. ????(size<0)??
20. ?????????-EINVAL;??
21. ????(size==0)??
22. ?????????0;??
23. ??????????
24. ?????((err=verify_area(VERIFY_READ,ubuf,size))<0)??
25. ?????????err;??
26. ????(sock->ops->write(sock,?ubuf,?size,(file->f_flags?&?O_NONBLOCK)));??
27. }??

INET层会调用具体传输层协议的write函数，该函数是通过调用本层的inet_send()函数实现功能的，inet_send()函数的UDP协议对应的函数为udp_write()

<div class="dp-highlighter bg_cpp">
<div class="bar">
<div class="tools">
[cpp]?<a class="ViewSource" title="view plain" href="http://blog.csdn.net/geekcome/article/details/7545855"&gt;view plain<a class="CopyToClipboard" title="copy" href="http://blog.csdn.net/geekcome/article/details/7545855"&gt;copy

??inet_send(?socket?*sock,??*ubuf,??size,??noblock,???
1. ???????????unsigned?flags)??
2. {??
3. ?????sock?*sk?=?(?sock?*)?sock->data;??
4. ?????(sk->shutdown?&?SEND_SHUTDOWN)???
5. ????{??
6. ????????send_sig(SIGPIPE,?current,?1);??
7. ????????(-EPIPE);??
8. ????}??
9. ????(sk->err)??
10. ?????????inet_error(sk);??
11. ??????
12. ????(inet_autobind(sk)!=0)??
13. ????????(-EAGAIN);??
14. ????(sk->prot->write(sk,?(unsigned??*)?ubuf,?noblock,?flags));??
15. }??
16. ??
17. ??inet_write(?socket?*sock,??noblock)??
18. {??
19. ?????inet_send(sock,size,noblock,0);??
20. }??

二、传输层

在传输层udp_write()函数调用本层的udp_sendto()函数完成功能。

<div class="dp-highlighter bg_cpp">
<div class="bar">
<div class="tools">
[cpp]?<a class="ViewSource" title="view plain" href="http://blog.csdn.net/geekcome/article/details/7545855"&gt;view plain<a class="CopyToClipboard" title="copy" href="http://blog.csdn.net/geekcome/article/details/7545855"&gt;copy

?
1. ?
2. ??
3. ??
4. ??udp_write(?sock?*sk,?unsigned??*buff,??len,??
5. ??????unsigned?flags)??
6. {??
7. ????(udp_sendto(sk,?buff,?flags,?NULL,?0));??
8. }??

udp_send()函数完成sk_buff结构相应的设置和报头的填写后会调用udp_send()来发送数据。具体的实现过程后面会详细分析。

而在udp_send()函数中，最后会调用ip_queue_xmit()函数，将数据包下放的网络层。

下面是udp_prot定义：

<div class="dp-highlighter bg_cpp">
<div class="bar">
<div class="tools">
[cpp]?<a class="ViewSource" title="view plain" href="http://blog.csdn.net/geekcome/article/details/7545855"&gt;view plain<a class="CopyToClipboard" title="copy" href="http://blog.csdn.net/geekcome/article/details/7545855"&gt;copy

?proto?udp_prot?=?{??
1. ????sock_wmalloc,??
2. ????sock_rmalloc,??
3. ????sock_wfree,??
4. ????sock_rfree,??
5. ????sock_rspace,??
6. ????sock_wspace,??
7. ????udp_close,??
8. ????udp_read,??
9. ????udp_write,??
10. ????udp_sendto,??
11. ????udp_recvfrom,??
12. ????ip_build_header,??
13. ????udp_connect,??
14. ????NULL,??
15. ????ip_queue_xmit,??
16. ????NULL,??
17. ????udp_rcv,??
18. ????datagram_select,??
19. ????udp_ioctl,??
20. ????ip_setsockopt,??
21. ????ip_getsockopt,??
22. ????128,??
23. ????0,??
24. ????{NULL,},??
25. ????,??
26. ????0,?0??
27. };??

<div class="dp-highlighter bg_cpp">
<div class="bar">
<div class="tools">
[cpp]?<a class="ViewSource" title="view plain" href="http://blog.csdn.net/geekcome/article/details/7545855"&gt;view plain<a class="CopyToClipboard" title="copy" href="http://blog.csdn.net/geekcome/article/details/7545855"&gt;copy

??udp_send(?sock?*sk,??sockaddr_in?*sin,??
1. ?????unsigned??*from,??rt)??
2. {??
3. ?????sk_buff?*skb;??
4. ?????device?*dev;??
5. ?????udphdr?*uh;??
6. ????unsigned??*buff;??
7. ????unsigned??saddr;??
8. ?????size,?tmp;??
9. ?????ttl;??
10. ????
11. ?????
12. ?
13. ??
14. ???????
15. ????........................??
16. ??
17. ?????
18. ?
19. ??
20. ???????
21. ????..........................??
22. ?????
23. ?
24. ??
25. ???????
26. ????..............................??
27. ??
28. ?????
29. ?
30. ??
31. ???????
32. ????memcpy_fromfs(buff,?from,?len);??
33. ??
34. ?????
35. ?
36. ??
37. ???????
38. ????udp_send_check(uh,?sin->sin_addr.s_addr,?skb->len?-?tmp,?sk);??
39. ??
40. ?????
41. ?
42. ??
43. ???????
44. ????udp_statistics.UdpOutDatagrams++;??
45. ???????
46. ????sk->prot->queue_xmit(sk,?1);??
47. ????(len);??
48. }??

三、网络层

?在网络层，函数ip_queue_xmit()的功能是将数据包进行一系列复杂的操作，比如是检查数据包是否需要分片，是否是多播等一系列检查，最后调用dev_queue_xmit()函数发送数据。

<div class="dp-highlighter bg_cpp">
<div class="bar">
<div class="tools">
[cpp]?<a class="ViewSource" title="view plain" href="http://blog.csdn.net/geekcome/article/details/7545855"&gt;view plain<a class="CopyToClipboard" title="copy" href="http://blog.csdn.net/geekcome/article/details/7545855"&gt;copy

?
1. ?
2. ?
3. ?
4. ?
5. ?
6. ?
7. ??
8. ??
9. ?ip_queue_xmit(?sock?*sk,??
10. ???????????sk_buff?*skb,??free)??
11. {??
12. ?????iphdr?*iph;??
13. ????unsigned??*ptr;??
14. ??
15. ??????
16. ????............??
17. ?????
18. ?
19. ??
20. ??
21. ??
22. ????...........??
23. ??
24. ?????
25. ?
26. ?
27. ?
28. ip_hdr?to?avoid?this?mess?and?the?fixed?
29. ?
30. ??
31. ??
32. ????..............??
33. ?????
34. ?
35. ??
36. ??
37. ????(free!=2)??
38. ????????iph->id??????=?htons(ip_id_count++);??
39. ??????
40. ????????free=1;??
41. ??
42. ??????
43. ?????(sk?==?NULL)??
44. ????????free?=?1;??
45. ??
46. ????skb->free?=?free;??
47. ??
48. ?????
49. ?
50. ?
51. ?
52. ??
53. ??
54. ????................??
55. ??
56. ?????
57. ?
58. ??
59. ??
60. ????ip_send_check(iph);??
61. ??
62. ?????
63. ?
64. ??
65. ??
66. ?????
67. ?
68. ?
69. ??
70. ????.......................??
71. ??
72. ?????
73. ?
74. ?
75. ?
76. ?
77. ??
78. ??
79. ????......................??
80. ?????
81. ?
82. ??
83. ???????
84. ????ip_statistics.IpOutRequests++;??
85. ????????.............................??
86. ????.............................??
87. ????????((dev->flags&IFF_BROADCAST)?&&?iph->daddr==dev->pa_brdaddr?&&?!(dev->flags&IFF_LOOPBACK))??
88. ????????ip_loopback(dev,skb);??
89. ??????????
90. ?????(dev->flags?&?IFF_UP)??
91. ????{??
92. ?????????
93. ?
94. ?
95. ??
96. ??
97. ?????????(sk?!=?NULL)??
98. ????????{??
99. ????????????dev_queue_xmit(skb,?sk->priority);??
100. ????????}??
101. ??????????
102. ????????{??
103. ????????????dev_queue_xmit(skb,?SOPRI_NORMAL);??
104. ????????}??
105. ????}??
106. ??????
107. ????{??
108. ????????ip_statistics.IpOutDiscards++;??
109. ?????????(free)??
110. ????????????kfree_skb(skb,?FREE_WRITE);??
111. ????}??
112. }??

四、驱动层（链路层）

在函数中，函数调用会调用具体设备的发送函数来发送数据包

dev->hard_start_xmit(skb,dev);

具体设备的发送函数在网络初始化的时候已经设置了。

这里以8390网卡为例来说明驱动层的工作原理，在net/drivers/8390.c中函数ethdev_init()函数中设置如下：

<div class="dp-highlighter bg_cpp">
<div class="bar">
<div class="tools">
[cpp]?<a class="ViewSource" title="view plain" href="http://blog.csdn.net/geekcome/article/details/7545855"&gt;view plain<a class="CopyToClipboard" title="copy" href="http://blog.csdn.net/geekcome/article/details/7545855"&gt;copy

??
1. ?ethdev_init(?device?*dev)??
2. {??
3. ?????(ei_debug?>?1)??
4. ????????printk(version);??
5. ??????
6. ?????(dev->priv?==?NULL)?{??
7. ?????????ei_device?*ei_local;??
8. ??????????
9. ????????dev->priv?=?kmalloc((?ei_device),?GFP_KERNEL);??
10. ????????memset(dev->priv,?(?ei_device));??
11. ????????ei_local?=?(?ei_device?*)dev->priv;??
12. ??
13. ????????ei_local->pingpong?=?1;??
14. ??
15. ????}??
16. ??????
17. ??????
18. ?????(dev->open?==?NULL)??
19. ????????dev->open?=?&ei_open;??
20. ????stop?entry?also.?*/??
21. ????dev->hard_start_xmit?=?&ei_start_xmit;??
22. ????dev->get_stats???=?get_stats;??
23. ??
24. ????dev->set_multicast_list?=?&set_multicast_list;??
25. ??
26. ??
27. ????ether_setup(dev);??
28. ??????????
29. ?????0;??
30. }??

驱动中的发送函数比较复杂，和硬件关系紧密，这里不再详细分析。

这样就大体分析了下网络数据从应用层到物理层的数据通路，后面会详细分析。

（编辑：李大同）

【声明】本站内容均来自网络，其相关言论仅代表作者个人观点，不代表本站立场。若无意侵犯到您的权利，请及时与联系站长删除相关内容!