网络收发包流程 面试常考

一 收包流程

1. 内核分配一个主内存地址段（DMA缓冲区 RingBuffer)，网卡设备可以在DMA缓冲区中读写数据。
2. 网卡收到一个数据帧后， 检查MAC地址是否是自己，如果没开启混杂模式，且不是自己就丢了； 如果目的MAC是自己，则将数据帧以DMA方式放入到RingBuffer种，不用cpu参与。
3. 当拷贝完成，网卡会触发网卡硬中断，cpu必须立刻响应硬中断， 根据中断类型在中断注册表中 查找对应的中断处理程序（网卡驱动在初始化的时候注册），调用注册的网卡驱动程序收包。 驱动程序收包会为网络帧分配内核数据结构sk_buff,并将它拷贝到sk_buff缓冲区。
4. 驱动程序禁止网卡中断，因为已经在处理了，然后网卡驱动程序触发软中断，硬中断返回。
5. 内核中的ksoftirqd进程专门处理软中断，收到软中断时候，会调用不同软中断处理，这里会调用 net_recv_action 收包，开始处理包，将sk_buff中的包格式转成上层协议栈能识别的包。
6. 协议栈有一系列钩子函数，驱动程序调用现应的协议栈进行包的处理。
7. 协议栈在链路层检查报文合法性，找出上层协议类型，去掉帧和帧尾，交给网络层。
8. 网络层取出ip，判断网络包是转发，还是本机处理，如果本机处理则取上一层协议类型（TCP、UDP等） 去掉IP头部，交给传输层处理。
9. 传输层取出TCP头和UDP头之后，根据四元组标识，找到对应socket，把数据拷贝到socket对应的 缓冲区中，唤醒相关进程收包。
10. 至此应用程序通过socket接口，收到数据了。

数据经历： RingBuffer队列---> 拷贝到内核的缓冲区-->应用的内存

二 发包流程

1. 应用程序调用socket接口， 会把数据放入到socket的缓冲区中。
2. 网络协议栈从socket缓冲区中取数据包，按照tcp、udp协议为其增加头部，再增加ip头，并按照数据包总大小和mtu比较，进行ip层的分片，再根据ip层路由 确定下一跳地址。
3. 分片后，网络包送到网络接口层，进行物理地址寻址，寻找下一跳的mac地址。
4. 然后增加帧头和帧尾，放入到发包队列中。
5. 软中断通知驱动程序，发包队列中有数据要发送。

数据经历： 从应用内存---> 拷贝到内核的缓冲区-->RingBuffer队列

【图片来自Linux性能优化实战】