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:

  1. 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)。
  2. 数据是全双工的
  3. 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。
  4. 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。
  5. 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:

  1. 用户应用程序调用write系统调用
  2. 确认文件描述符
  3. 拷贝数据到socket buffer中
  4. 创建tcp片段,计算checksum
  5. 添加IP头,执行ip路由,计算checksum
  6. 添加以太网协议头部,执行ARP
  7. 告诉网卡芯片要发送数据了
  8. 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

  1. 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 ...

  2. 【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 ...

  3. 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 ...

  4. 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 ...

  5. 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 ...

  6. 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

  7. 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 ...

  8. 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 ...

  9. 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

  1. 《论文翻译》Xception

    目录 深度可分离网络-Xception 注释 1. 摘要 2. 介绍 3. Inception假设 4. 卷积和分离卷积之间的联系 4. 先验工作 5. Xception 架构 6. 个人理解 单词汇 ...

  2. hadoop笔记-hdfs文件读写

    概念 文件系统 磁盘进行读写的最小单位:数据块,文件系统构建于磁盘之上,文件系统的块大小是磁盘块的整数倍. 文件系统块一般为几千字节,磁盘块一般512字节. hdfs的block.pocket.chu ...

  3. python math.asin

    import mathmath.asin(x) x : -1 到 1 之间的数值.如果 x 是大于 1,会产生一个错误. #!/usr/bin/pythonimport math print &quo ...

  4. linux 查询cpu版本、核心、线程脚本

    #!/bin/bash #1.查看物理cpu个数 physical=`cat /proc/cpuinfo |grep 'physical id'|sort -u|wc -l` echo 物理cpu个数 ...

  5. ajax默认是异步的

    jquery中的ajax 默认情况下为异步请求,即 async:true,可以通过设置参数 asycn:false 到使其同步 $.ajax({ url: 'www.test.com/test/tes ...

  6. Tcl模块化

    Proc 过程名 参数列表 过程体 示例代码(斐波那契数列): proc fib {num} { if {$num<=2} {return 1} return [expr [fib [expr ...

  7. 全局设置页面颜色 返回按钮样式 iOS

    思路 1.建个UIViewController的分类 2.hook方法viewDidLoad(Aspects是三方库 可以不用) 3.看下面蓝色部分代码 #import "UIViewCon ...

  8. ORACLE数据库误删恢复

    一.表的恢复 对误删的表,只要没有使用PURGE永久删除选项,那么从flash back区恢复回来希望是挺大的.一般步骤有: 1.从flash back里查询被删除的表 select * from r ...

  9. mac使用vnc远程登录ubuntu16.04桌面

    mac使用vnc远程登录ubuntu16.04桌面 1.安装在Ubuntu上安装x11vnc,如下: sudo apt-get install x11vnc 2.配置vnc密码 x11vnc -sto ...

  10. [转][PDA]Json.net

    文件下载 参考:https://www.cnblogs.com/freezing/p/4125862.html 参考:https://www.cnblogs.com/yunquan/p/7363110 ...