[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
- (WAWAWAWAWAWA) BZOJ 1858: [Scoi2010]序列操作
二次联通门 : BZOJ 1858: [Scoi2010]序列操作 /* BZOJ 1858: [Scoi2010]序列操作 已经... 没有什么好怕的的了... 16K的代码... 调个MMP啊.. ...
- Git 相关使用
https://www.cnblogs.com/mengdd/p/3447464.html 删除本地 & 远程 的分支. 删除本地分支 命令行 : $ git branch -d < ...
- vue中router-link的详细用法
官网文档地址:https://router.vuejs.org/zh/api/#to 今天项目突然有需求,让vue中的一个页面跳转到另一个页面 // 字符串 <router-link to=&q ...
- TCP数据报结构以及三次握手
TCP(Transmission Control Protocol,传输控制协议)是一种面向连接的.可靠的.基于字节流的通信协议,数据在传输前要建立连接,传输完毕后还要断开连接. 客户端在收发数据前要 ...
- 配置Spring Data Redis
事前准备 1.下载redis https://github.com/MicrosoftArchive/redis/releases/tag/win-3.2.100 2.下载redis可视化工具 htt ...
- P1095 守望者的逃离——DP?贪心?
https://www.luogu.org/problem/P1095 恶魔猎手尤迪安野心勃勃,他背叛了暗夜精灵,率领深藏在海底的娜迦族企图叛变.守望者在与尤迪安的交锋中遭遇了围杀,被困在一个荒芜的大 ...
- 二分图匹配——p3386 p2071 p2319 p1129(矩阵游戏)
---恢复内容开始--- 二分图,就是给你一个图,可以将点分为两部分,每一部分的点都能唯一映射到另一个集合里,也就是有连边: 注:以下转自 http://blog.csdn.net/dark_scop ...
- 鲁班学院java架构vip课程
1.wps文档地址 https://docs.qq.com/doc/DRVNLUndvTmFSdEhO 2.百度网盘地址 https://pan.baidu.com/s/1uxaTzJZHKrsw_H ...
- 【2018.08.01】(表/栈/队列/大小顶堆)学习Stark和Queue算法小记
Train Problem I As the new term comes, the Ignatius Train Station is very busy nowadays. A lot of st ...
- 【2018.07.28】(字符串/回文串)学习Manacher算法小记
主要是应用在回文串啦,原理也理解了老半天,如果没有图片的话,我也看不太懂它的原理 学习的灵感来源来自于:https://segmentfault.com/a/1190000008484167 /* 最 ...