Linux 网络收包流程
0赞我们在跟别人网上聊天的时候，有没有想过你发送的信息是怎么传到对方的电脑上的
又或者我们在上网冲浪的时候，有没有想过 HTML 页面是怎么显示在我们的电脑屏幕上的
无论是我们跟别人聊天还是上网冲浪，其实都依靠于计算机网络这项技术
计算机网络是指将多台计算机通过通信设备和传输介质连接在一起，使得它们之间能够相互通信、资源共享和协同工作
而计算机之间是通过数据包来实现信息传输和信息交换的，数据包是计算机网络中传输数据的基本单位
今天咸鱼将以 Linux 为例来给大家介绍一下 Linux 是如何实现网络接收数据包
网络协议栈&网络架构
在正文开始之前，我们先来了解一下 Linux 中的网络协议模型和网络子系统
网络协议模型（网络协议栈）
在 Linux 中，Linux 网络协议栈分成了五层
其中：
应用层提供 socket 接口来供用户进程访问内核空间的网络协议栈
传输层、网络层协议由 Linux 内核网络协议栈实现
链路层协议靠网卡驱动来实现
物理层协议由硬件网卡实现
网络子系统（网络架构）
网络子系统是 Linux 内核中的一部分，由多个模块和驱动程序组成，它负责管理和控制系统的网络功能以实现网络通信
通过 Linux 网络子系统（网络架构）来实现上述网络协议模型
其中
System call interface：为应用程序获取内核的网络系统提供了接口，例如 socket
Protocol agnostic interface：为和各种传输层协议的网络交互提供的一层公共接口
Network protocals：对各种传输层协议的实现，如 TCP、UDP、IP 等
Device agnostic interface：为各种底层网络设备抽象出的公共接口，与各种网络设备驱动连接在一起
Device drivers：与各种网络设备交互的驱动
收包过程
当 Linux 接收一个数据包的时候，这个包是怎么经过 Linux 的内核从而被应用程序拿到的呢？
到达网卡（NIC，Network Interface Card）
首先数据包到达网卡之后，网卡会校验接收到的数据包中的目的 MAC 地址是不是自己的 MAC 地址，如果不是的话通常就会丢弃掉
这种只接受发送给自己的数据包（其余的扔掉）的工作模式称为非混杂模式（Non-Promiscuous Mode）
混杂模式（Promiscuous Mode）则是网卡会接收通过网络传输的所有数据包，而不仅仅是发送给它自己的数据包
非混杂模式是网卡默认的工作模式，可以尽可能的保护网络安全和减少网络负载
网卡在校验完 MAC 地址之后还会校验数据帧（Data Frame）中校验字段 FCS 来一次确保接收到的数据包是正确的
网卡硬件缓冲区 ——> 系统内存（ring buffer）
当网卡接收到数据包时，它将数据包的内容存储在硬件缓冲区中，然后通过 DMA 将接收到的数据从硬件缓冲区传输到系统内存中的指定位置，这个位置通常是一个环形缓冲区（ ring buffer）
DMA（直接内存访问，Direct Memory Access）
DMA是一种数据传输技术，允许外设（如网卡、硬盘控制器、显卡等）直接访问计算机内存，而无需经过 CPU
通过 DMA 可以大大提高数据传输的效率，减轻 CPU 的负担
触发硬中断
当网卡将数据包 DMA 到用于接收的环形缓冲区（rx_ring）之后，就会触发一个硬中断来告诉 CPU 数据包收到了
什么时候会触发一个硬中断，可以通过下面的参数来进行配置：
rx-usecs：当过这么长时间过后，一个中断就会被产生
rx-frames：当累计接收到这么多个数据帧后，一个中断就会被产生
上面的参数配置可以通过下面的命令来查看
总结
网络模块可以说是 Linux 内核中最复杂的模块了
看起来一个简简单单的收包过程就涉及到许多内核组件之间的交互，如网卡驱动、协议栈，内核ksoftirqd 线程等
咸鱼原本打算把收包和发包的流程都写上的，但是光是写收包流程就就要了我半条命了，等下次有机会把发包的流程也写一下
总结一下 Linux 网络收包流程：
数据到达网卡之后，网卡通过 DMA 将数据放到内存分配好的一块 ring buffer 中，然后触发硬中断
CPU 收到硬中断之后简单的处理了一下（分配 skb_buffer），然后触发软中断
软中断进程 ksoftirqd 执行一系列操作（例如把数据帧从 ring ruffer上取下来）然后将数据送到三层协议栈中
在三层协议栈中数据被进一步处理发送到四层协议栈
在四层协议栈中，数据会从内核拷贝到用户空间，供应用程序读取
最后被处在应用层的应用程序去读取
原文链接：https://mp.weixin.qq.com/s/GqEdfE1fJI5t8ZQ_0Bj-Ww
电子技术应用专栏作家 一口Linux
