[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
- SSD检测几个小细节
目录 一. 抛砖引玉的Faster-RCNN 1.1 候选框的作用 1.2 下采样问题 二. SSD细节理解 2.1 六个LOSS 2.2 Anchor生成细节 2.3 Encode&& ...
- int(“1.6”),int(1.6)输出结果?
>>> int("1.6") Traceback (most recent call last): File , in <module> ValueE ...
- [APIO2018]铁人两项——圆方树+树形DP
题目链接: [APIO2018]铁人两项 对于点双连通分量有一个性质:在同一个点双里的三个点$a,b,c$,一定存在一条从$a$到$c$的路径经过$b$且经过的点只被经过一次. 那么我们建出原图的圆方 ...
- $('#jyzjg').combobox('clear');
$('#jyzjg').combobox('clear'); alert($('#jyzjg').combobox("getValue" ...
- 如何在OpenFOAM中增加边界条件【翻译】
注:如有翻译不妥,还请见谅 翻译自:http://openfoamwiki.net/index.php/HowTo_Adding_a_new_boundary_condition 首先请看:http: ...
- GO语言反射
反射可以作为了解,不必深入! 反射介绍 Go语音提供了一种机制在运行时更新变量和检查它们的值.调用它们的方法和它们支持的内在操作,但是在编译时并不知道这些变量的具体类型.这种机制被称为反射.反射也可以 ...
- spring boot 集成RabbitMQ的异常
com.rabbitmq.client.ShutdownSignalException: channel error; protocol method: #method<channel.clos ...
- 常见ETL工具一览
这些年,几乎都与ETL打交道,接触过多种ETL工具.现将这些工具做个整理,与大家分享. 一 ETL工具[国外] 1. datastage点评:最专业的ETL工具,价格不菲,使用难度一般 下载地址:ft ...
- hystrix流程图收藏
最近在看张开涛的亿级流量的书,学习了一个新的防雪崩的功能hystrix,在学习这个功能的过程中,看了一些网站也温习了一些知识,例如double_check locking功能,还有cache的击穿作为 ...
- spring的事务是什么?与数据库的事务是否一样
spring的事务是什么?与数据库的事务是否一样 先说一下什么是事务,事务:是对数据库的一些列操作. 之前一直觉得事务只针对于数据库当中,5种隔离级别,7种传播行为,后来才发现这是针对Spring的, ...