这是我参与「第四届青训营 」笔记创作活动的第1天
网络模型
OSI将计算机网络体系结构划分为以下七层：
- 应用层，负责给应用程序提供统一的接口；
- 表示层，负责把数据转换成兼容另一个系统能识别的格式；
- 会话层，负责建立、管理和终止表示层实体之间的通信会话；
- 传输层，负责端到端的数据传输；
- 网络层，负责数据的路由、转发、分片；
- 数据链路层，负责数据的封帧和差错检测，以及 MAC 寻址；
- 物理层，负责在物理网络中传输数据帧。
由于 OSI 模型实在太复杂，提出的也只是概念理论上的分层，并没有提供具体的实现方案。事实上，我们比较常见且实用的是四层模型，即 TCP/IP 网络模型，Linux 系统正是按照这套网络模型来实现网络协议栈的。
TCP/IP 网络模型共有 4 层：
- 应用层，负责向用户提供一组应用程序，比如 HTTP、DNS、FTP 等;
- 传输层，负责端到端的通信，比如 TCP、UDP 等；
- 网络层，负责网络包的封装、分片、路由、转发，比如 IP、ICMP 等；
- 网络接口层，负责网络包在物理网络中的传输，比如网络包的封帧、 MAC 寻址、差错检测，以及通过网卡传输网络帧等；
Linux网络协议栈
如下图所示为应用层数据在每一层的封装格式：
- 传输层，给应用数据前面增加了 TCP 头；
- 网络层，给 TCP 数据包前面增加了 IP 头；
- 网络接口层，给 IP 数据包前后分别增加了帧头和帧尾；
Linux 网络协议栈类似于 TCP/IP 的四层结构：
网卡是计算机里的一个硬件，专门负责接收和发送网络包，当有网络包到达时，会通过 DMA 技术，将网络包写入到指定的内存地址，接着网卡向 CPU 发起硬件中断，当 CPU 收到硬件中断请求后，根据中断表，调用已经注册的中断处理函数。
Linux 接收网络包的流程
硬件中断处理函数会做如下的事情：
- 需要先「暂时屏蔽中断」，表示已经知道内存中有数据了，告诉网卡下次再收到数据包直接写内存就可以了，不要再通知 CPU 了，这样可以提高效率，避免 CPU 不停的被中断。
- 接着，发起「软中断」，然后恢复刚才屏蔽的中断。
至此，硬件中断处理函数的工作就已经完成，其余交给软中断处理函数。
内核中的 ksoftirqd 线程专门负责软中断的处理，当 ksoftirqd 内核线程收到软中断后，就会来轮询处理数据。ksoftirqd 线程会从 Ring Buffer 中获取一个数据帧，用 sk_buff 表示，从而可以作为一个网络包交给网络协议栈进行逐层处理。
- 首先，会先进入到网络接口层，在这一层会检查报文的合法性，如果不合法则丢弃，合法则会找出该网络包的上层协议的类型，比如是 IPv4，还是 IPv6，接着再去掉帧头和帧尾，然后交给网络层。
- 到了网络层，则取出 IP 包，判断网络包下一步的走向，比如是交给上层处理还是转发出去。当确认这个网络包要发送给本机后，就会从 IP 头里看看上一层协议的类型是 TCP 还是 UDP，接着去掉 IP 头，然后交给传输层。
- 传输层取出 TCP 头或 UDP 头，根据四元组源 IP、源端口、目的 IP、目的端口作为标识，找出对应的 Socket，并把数据放到 Socket 的接收缓冲区。
- 最后，应用层程序调用 Socket 接口，将内核的 Socket 接收缓冲区的数据拷贝到应用层的缓冲区，然后唤醒用户进程。
Linux 发送网络包的流程
发送网络包的流程正好和接收流程相反，在这里不多赘述。
