[转帖]Linux TCP/IP协议栈,数据发送接收流程,TCP协议特点
Linux TCP/IP协议栈,数据发送接收流程,TCP协议特点
http://network.51cto.com/art/201909/603780.htm
可以毫不夸张的说现如今的互联网是基于TCP/IP构建起来的网络。弄懂协议栈的原理,无论对调试网络IO性能还是解决网络问题都是有很大帮助的。本片文章就带领大家来看看内核是如何控制网络数据流的。
- 作者:底层软件架构来源:今日头条|2019-09-30 09:28
可以毫不夸张的说现如今的互联网是基于TCP/IP构建起来的网络。弄懂协议栈的原理,无论对调试网络IO性能还是解决网络问题都是有很大帮助的。本片文章就带领大家来看看内核是如何控制网络数据流的。

TCP特点
我们都非常清楚TCP协议设计的初衷,就是保证数据传输的快速,有序,无误。所以特点总结如下:
- 面向连接,可以用五元组来表示一条连接(远程ip,远程端口,本地ip,本地端口,传输层协议)。
- 数据是全双工的
- 数据是有序的,也就是接受的数据一定是按照发送时的顺序的。
- 流量控制,发送方可以通过接收方滑动窗口大小来动态调整发送数据的大小。
- 拥塞控制,发送方通过ACK的状态结合拥塞算法综合计算给出窗口大小。
了解完TCP特点字后,我们就来真正的看看数据发送到底是怎样的过程?
数据发送
我们首先来看张图:

上图展示的是数据流动的在硬件中的过程,下图展示的是数据在协议栈的过程:

整个过程分为三个大区域:用户区,内核区,设备。这里所说的设备就是网卡。流程如下:
- 用户应用程序调用write系统调用
- 确认文件描述符
- 拷贝数据到socket buffer中
- 创建tcp片段,计算checksum
- 添加IP头,执行ip路由,计算checksum
- 添加以太网协议头部,执行ARP
- 告诉网卡芯片要发送数据了
- 网卡从内存中获取数据发送,发送完成中断告诉CPU
数据接收
直接看硬件数据流图:

首先网卡把接收到的数据包写入到它的内存之中。然后对其进行校验,通过后发送到主机的主存之中。主存中的buffer是驱动分配好的,驱动会把分配好的buffer描述告诉网卡,如果没有足够的buffer接受网卡的数据包,网卡会将数据包丢弃。一旦数据包拷贝到主存完成,网卡会通过中断告知主机OS。
之后驱动会检查它是否能处理这个新的包。如果能处理,驱动会把数据包包装成OS认识的结构(linux sk_buffer)并推送到上层。 链路层接收到帧后检查通过的话会按照协议解帧并推送至IP层。
IP层会在解包之后根据包中包含的IP信息决定推送至上层还是转发到其他IP。如果判断需要推送至上层,则会解掉IP包头并推送至TCP层。
TCP在解报之后会根据其四元组找到对应的TCB,之后通过TCP协议处理这个报文。在接收到报文后,会把报文加到接受报文,之后根据TCP的状态发送一个ACK给对端。
当然上述过程会受到NAT等等Netfilter的作用,这里不谈了,也没深研究过。当然为了性能,大牛们方方面面也做了很多努力,比如大到RDMA、DPDK等大的软硬件技术,小到zero-copy、checksum offload等;
总结
现代的软硬件TCP/IP协议栈单链接发送速率到1~2GiB/s完全没有任何问题(经过实测)。如果你想探索更优秀的性能,你可以尝试RMDA等技术,他们通过绕过内核以减少拷贝等方式优化了性能,当然可能依赖硬件。
【编辑推荐】
[转帖]Linux TCP/IP协议栈,数据发送接收流程,TCP协议特点的更多相关文章
- 计算机网络基础之TCP/IP 协议栈
计算机网络基础之TCP/IP 协议栈 作者:尹正杰 版权声明:原创作品,谢绝转载!否则将追究法律责任. 一.TCP/IP 协议栈概述 1>.什么是TCP/IP协议栈 Transmission C ...
- 【转】TCP/IP协议栈及OSI参考模型详解
OSI参考模型 OSI RM:开放系统互连参考模型(open systeminterconnection reference model) OSI参考模型具有以下优点: 简化了相关的网络操作: 提供设 ...
- TCP/IP协议栈及OSI参考模型详解
OSI参考模型 OSI RM:开放系统互连参考模型(open systeminterconnection reference model) OSI参考模型具有以下优点: 简化了相关的网络操作: 提供设 ...
- TCP/IP 协议栈及 OSI 参考模型详解
OSI参考模型 OSI RM:开放系统互连参考模型(open systeminterconnection reference model) OSI参考模型具有以下优点: 简化了相关的网络操作: 提供设 ...
- TCP/IP 协议栈初识
原文:深入浅出 TCP/IP 协议栈 0. 简介 TCP/IP 协议栈是网络通信中一系列网络协议的综合,是核心骨架.它定义了电子设备接入因特网.以及数据在它们之间的传输方式,是一份标准.TCP/IP ...
- TCP/IP协议栈
TCP/IP协议栈包含TCP层.IP层.链路层.NIC驱动等. 参考: 1. 全面了解linux TCP/IP协议栈 2. 跟我学TCP/IP系列
- linux OSI七层模型、TCP/IP协议栈及每层结构大揭秘
学习Linux,就算是像小编我这样的小萌新,也知道OSI模型.什么?!你不知道!!! 好吧,这篇秘籍拿走,不谢~~~ 一.两个协议 (1)OSI 协议模型(7层)国际协议 PDU:协议数据单元对 ...
- Linux 从网卡到TCP IP协议栈数据流跟踪与审计
前沿 在学代码审计,然后最近做Linux协议栈的审计,发现Linux不愧是一个久经考验的系统,本来以为可以找到个DoS的,结果发现其在TCP/IP协议栈的链路层实现,利用了各种技术,用来提高性能与安全 ...
- Linux服务器丢包故障的解决思路及引申的TCP/IP协议栈理论
我们使用Linux作为服务器操作系统时,为了达到高并发处理能力,充分利用机器性能,经常会进行一些内核参数的调整优化,但不合理的调整常常也会引起意想不到的其他问题,本文就一次Linux服务器丢包故障的处 ...
随机推荐
- Educational Codeforces Round 55 题解
题解 CF1082A [Vasya and Book] 史上最难A题,没有之一 从题意可以看出,翻到目标页只有三种办法 先从\(x\)到\(1\),再从\(1\)到\(y\) 先从\(x\)到\(n\ ...
- CSP 2019 退役记
声明:博主不会时空穿越,也没有造成恐慌,不应禁赛三年 Day0 上午:打板子 Polya定理; exkmp; exbsgs; 乘法逆元; 矩阵快速幂; 扫描线; ST表; excrt; Dirichl ...
- python踩坑记录篇,持续更新
问题1:python语法错误 错误日志如下: print(a[2]) ^IndentationError: unexpected indent [解决方案]:缩进代码错误导致,将print的缩进 ...
- Spring Cloud Gateway(七):路由谓词工厂WeightRoutePredicateFactory
本文基于 spring cloud gateway 2.0.1 接上文 5.基于路由权重(weigth)的谓词工厂 Spring Cloud Gateway 提供了基于路由权重的断言工厂,配置时指定分 ...
- Java基础系列 - HashMap
package com.test3; import java.util.ArrayList; import java.util.HashMap; import java.util.List; impo ...
- (转载):nmon使用
转:http://www.cnblogs.com/mululu/p/6398483.html 博客园 首页 新随笔 联系 管理 订阅 随笔- 76 文章- 1 评论- 2 Nmon的安装及使用 ...
- 我的BO之状态控制
我的BO 1-我的BO之强类型 2-我的BO之数据保护 3-我的BO之状态控制 4-我的BO之导航属性 MIS常有状态 信息管理系统(MIS)常常有流程,一个流程由多个环节构成,不同的环节的流转通过状 ...
- DES算法实现
概述(团队项目) DES是一个分组加密算法,它以64位为分组对数据加密.同时DES也是一个对称算法:加密和解密用的是同一个算法.DES是一个包含16个阶段的"替换–置换"的分组加密 ...
- 2018-2019-2 《网络对抗技术》Exp9 Web安全基础 20165114
Exp9 Web安全基础 目录 一.实验内容 二.基础问题回答 (1)SQL注入攻击原理,如何防御 (2)XSS攻击的原理,如何防御 (3)CSRF攻击原理,如何防御 三.实践过程记录 3.1 注入缺 ...
- sklearn中的弹性网函数 ElasticNet
语法: ElasticNet(self, alpha=1.0, l1_ratio=0.5, fit_intercept=True, normalize=False, precompute=False ...