三张图告诉你Linux TCP/IP协议栈原理

可以绝不浮夸的说现现在的互联网是基于TCP/IP构建起来的收集。弄懂协议栈的道理，无论对换试收集IO机能照旧办理收集题目都是有很大辅佐的。本篇文章就教育各人来看看内核是怎样节制收集数据流的。

TCP特点

我们都很是清晰TCP协议计划的初志，就是担保数据传输的快速，有序，无误。以是特点总结如下：

• 面向毗连，可以用五元组来暗示一条毗连(长途ip，长途端口，当地ip，当地端口，传输层协议)。
• 数据是全双工的
• 数据是有序的，也就是接管的数据必然是凭证发送时的次序的。
• 流量节制，发送方可以通过吸取方滑动窗口巨细来动态调解发送数据的巨细。
• 拥塞节制，发送方通过ACK的状态团结拥塞算法综合计较给出窗口巨细。

相识完TCP特点字后，我们就来真正的看看数据发送到底是奈何的进程?

数据发送

我们起首来看张图：

上图展示的是数据活动的在硬件中的进程，下图展示的是数据在协议栈的进程：

整个进程分为三个大地区：用户区，内核区，装备。这里所说的装备就是网卡。流程如下：

1. 用户应用措施挪用write体系挪用
2. 确认文件描写符
3. 拷贝数据到socket buffer中
4. 建设tcp片断，计较checksum
5. 添加IP头，执行ip路由，计较checksum
6. 添加以太网协议头部，执行ARP
7. 汇报网卡芯片要发送数据了
8. 网卡从内存中获取数据发送，发送完成间断汇报CPU

数据吸取

直接看硬件数据流图：

起首网卡把吸取到的数据包写入到它的内存之中。然后对其举办校验，通事后发送到主机的主存之中。主存中的buffer是驱动分派好的，驱动会把分派好的buffer描写汇报网卡，假如没有足够的buffer接管网卡的数据包，网卡会将数据包扬弃。一旦数据包拷贝到主存完成，网卡会通过间断奉告主机OS。

之后驱动会搜查它是否能处理赏罚这个新的包。假如能处理赏罚，驱动会把数据包包装成OS熟悉的布局(linux sk_buffer)并推送到上层。 链路层吸取到帧后搜查通过的话会凭证协议解帧并推送至IP层。

IP层会在解包之后按照包中包括的IP信息抉择推送至上层照旧转发到其他IP。假如判定必要推送至上层，则会解掉IP包头并推送至TCP层。

TCP在解报之后会按照其四元组找到对应的TCB，之后通过TCP协议处理赏罚这个报文。在吸取到报文后，会把报文加到接管报文，之后按照TCP的状态发送一个ACK给对端。

虽然上述进程会受到NAT等等Netfilter的浸染，这里不谈了，也没深研究过。虽然为了机能，大牛们方方面面也做了许多全力，好比大到RDMA、DPDK等大的软硬件技能，小到zero-copy、checksum offload等;

总结

当代的软硬件TCP/IP协议栈单链接发送速度到1~2GiB/s完全没有任何题目(颠末实测)。假如你想试探更优越的机能，你可以实行RMDA等技能，他们通过绕过内核以镌汰拷贝等方法优化了机能，虽然也许依靠硬件。

（编辑：湖南网）

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