数据包收发流程

这里研究下数据包收发的流程。

数据包接收流程

在Linux内核中,一个网络数据包从网卡接收到用户空间需要经过链路层、传输层和socket的处理,最终到达用户空间。
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以DM9000网卡为例,当网卡收到数据包以后,调用中断处理函数 dm9000_interrupt(),该函数检查中断处理类型,如果是接收数据包中断,则调用 dm9000_rx()函数接收数据包到内核空间。

dm9000_rx()函数收到数据包完成后,内核会继续调用 netif_rx()函数,函数的作用是把网卡接收到数据提交给协议栈处理。

协议栈使用 net_rx_action()函数处理接收数据包队列,该函数处理数据包后如果是 IP数据包则提交给ip_recv()函数处理。ip_recv()函数主要是检查一个数据包IP头的合法性,检查通过后交给 ip_local_deliver()和 ip_local_deliver_finish()函数处理,之所以分开处理是因为内核中有防火墙相关的代码需要动态加载到此处。

IP头处理完毕后,以UDP数据包为例将交由 udp_recv()函数处理,与 ip_recv()函数类亿,该函数检查 UDP头的合法性,然后交给 udp_queue_recv()函数处理,最后提交给 sock_queue_recv()函数处理。

数据包进入 socket部分的第一个函数是 skb_recv_datagram(),该函数从内核的 socket队列取出数据包,交给 socket部分的 udp_recvmsg()函数,该函数负责处理UDP的数据,sock_recvmsg()处理提交给 sock_read()函数。

sock_read()函数读取接收到的数据缓冲,把数据返回给 sys_read()系统调用。sys_read()函数调用最终把数据复制到用户空间,供用户使得。

数据包发送流程

以UDP数据包发送流程为例,在DM9000网卡上如何发送一个数据包。
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当用户空间的应用程序通过 socket函数 sento()发送一个UDP数据后,会调用内核空间的 sock_writev()函数,然后通过 sock_sendmsg()函数处理。sock_sendmsg()函数调用 inet_sendmsg()函数处理,inet_sendmsg()函数会把要发送的数据交给传输层的 udp_sendmsg()函数处理。

udp_sendmsg()函数在数据前加入UDP头,然后把数据交给 ip_build_xmit()函数处理,该函数根据 socket提供的目的 IP和端口信息构造IP头,然后调用 output_maybe_reroute()函数处理。out_maybe_reroute()函数检查数据包是否需要经过路由,最后交给 ip_output()函数写入到发送队列,写入完成后由 ip_finish_output()函数处理后续工作。

链路层的 dev_queue_xmit()函数处理发送队列,调用 DM9000网卡的发送数据包函数 dm9000_xmit()发送数据包,发送完毕后,调用 dm9000_xmit_done函数处理发送结果。

参考

Linux内核网络分层结构 详见:https://zhuanlan.zhihu.com/p/367055157


Los dos estamos muy enamorados: yo de él y él de otra.