一、NetworkStack 总体架构
1.1 概念定义
NetworkStack 是 Android 系统网络管理框架的总称，由多个独立但相互协作的模块组成：
┌─────────────────────────────────────────────────────┐
│ 应用层（APP Framework） │
│ ConnectivityManager / VpnManager / DNS │
└─────────────────────────────────────────────────────┘
↓
┌─────────────────────────────────────────────────────┐
│ SystemServer 管理层（frameworks_base） │
│ ┌────────────────────────────────────────────────┐ │
│ │ ConnectivityService（可更新部分） │ │
│ │ ├─ 网络管理 │ │
│ │ ├─ DNS 解析 │ │
│ │ ├─ 路由管理 │ │
│ │ └─ VPN 管理 │ │
│ └────────────────────────────────────────────────┘ │
│ │
│ ┌────────────────────────────────────────────────┐ │
│ │ 其他网络服务 │ │
│ │ ├─ NetworkManagementService (管理层) │ │
│ │ ├─ NetworkPolicyManagerService (策略层) │ │
│ │ ├─ WifiService (WiFi) │ │
│ │ └─ TelephonyService (蜂窝) │ │
│ └────────────────────────────────────────────────┘ │
└─────────────────────────────────────────────────────┘
↓
┌─────────────────────────────────────────────────────┐
│ 系统服务实现层（packages_modules_Connectivity） │
│ ┌────────────────────────────────────────────────┐ │
│ │ ConnectivityService 具体实现 │ │
│ │ ├─ NetworkAgentInfo 管理 │ │
│ │ ├─ 网络评分与选择 │ │
│ │ ├─ 网络切换逻辑 │ │
│ │ └─ 观察者回调机制 │ │
│ └────────────────────────────────────────────────┘ │
│ │
│ ┌────────────────────────────────────────────────┐ │
│ │ DNS 解析模块 (DnsResolver) │ │
│ │ ├─ DNS 查询 │ │
│ │ ├─ Private DNS (DoH/DoT) │ │
│ │ └─ DNS 缓存 │ │
│ └────────────────────────────────────────────────┘ │
│ │
│ ┌────────────────────────────────────────────────┐ │
│ │ 路由管理模块 (RoutingCoordinator) │ │
│ │ ├─ 路由表管理 │ │
│ │ ├─ NAT64 转换 (clatd) │ │
│ │ └─ IPv4/IPv6 协议栈 │ │
│ └────────────────────────────────────────────────┘ │
│ │
│ ┌────────────────────────────────────────────────┐ │
│ │ VPN 模块 │ │
│ │ ├─ VPN 代理管理 │ │
│ │ ├─ TUN/TAP 驱动 │ │
│ │ └─ Always-on VPN │ │
│ └────────────────────────────────────────────────┘ │
│ │
│ ┌────────────────────────────────────────────────┐ │
│ │ 其他功能模块 │ │
│ │ ├─ Tethering (网络共享) │ │
│ │ ├─ Nearby (WiFi Direct) │ │
│ │ ├─ Thread Network (IoT) │ │
│ │ └─ QoS 管理 │ │
│ └────────────────────────────────────────────────┘ │
└─────────────────────────────────────────────────────┘
↓
┌─────────────────────────────────────────────────────┐
│ 内核接口层 (system_netd / native) │
│ ┌────────────────────────────────────────────────┐ │
│ │ netd (网络守护进程) │ │
│ │ ├─ 防火墙规则 │ │
│ │ ├─ 路由表操作 │ │
│ │ ├─ DNS 配置 │ │
│ │ ├─ 网络接口管理 │ │
│ │ └─ Tethering/VPN 实现 │ │
│ └────────────────────────────────────────────────┘ │
│ │
│ ├─ 与 Linux kernel 通信 │
│ │ ├─ netlink socket │ │
│ │ ├─ iptables / nftables │ │
│ │ └─ iproute2 命令 │ │
│ └ │
└─────────────────────────────────────────────────────┘
↓
┌─────────────────────────────────────────────────────┐
│ 无线/蜂窝驱动层 (hardware_ril) │
│ ├─ WiFi 驱动 │
│ ├─ 蜂窝 RIL 驱动 │
│ ├─ Bluetooth 驱动 │
│ └─ Ethernet 驱动 │
└─────────────────────────────────────────────────────┘
1.2 关键仓库分布
让我深入各个核心仓库进行分析：
现在让我详细分析核心服务的实现：
好的，现在让我深入分析 NetworkStack 的各个层次。我会系统地展示完整的技术分析：
二、NetworkStack 启动流程与初始化
2.1 SystemServer 中的启动顺序
SystemServer.java 启动流程：
1. InitConnectivityModuleConnector (line 1988-1994)
├─ ConnectivityModuleConnector 初始化
└─ 用于加载可更新模块
2. InitNetworkStackClient (line 1996-2002)
├─ NetworkStackClient 初始化
└─ NetworkStack 的客户端接口
3. StartNetworkManagementService (line 2004-2011)
├─ NetworkManagementService.create()
├─ 负责与 netd 通信
└─ 处理底层网络管理
4. StartNetworkStatsService (line 2034-2039)
├─ 从 APEX 加载: com.android.tethering
├─ 类：NetworkStatsServiceInitializer
└─ 必须在 NetworkPolicyManager 之前启动
5. StartNetworkPolicyManagerService (line 2041-2049)
├─ NetworkPolicyManagerService
├─ 依赖 NetworkManagementService
└─ 管理网络策略和数据省流
6. StartWifiService (line 2055-2058)
├─ 从 APEX 加载: com.android.wifi
├─ 类：WifiService
└─ WiFi 服务
7. StartConnectivityService (line 2115-2122)
├─ 从 APEX 加载: com.android.tethering
├─ 类：ConnectivityServiceInitializer
├─ 依赖以上所有服务
└─ 核心网络管理服务
8. StartVpnManagerService (line 2133-2140)
├─ VpnManagerService.create()
├─ 管理 VPN 应用
└─ 与 ConnectivityService 配合
systemReady() 阶段：
│
├─ MakeNetworkManagementServiceReady (line 3115-3122)
├─ MakeConnectivityServiceReady (line 3129-3137)
├─ MakeVpnManagerServiceReady (line 3138-3142)
│
└─ StartNetworkStack (line 3189-3196)
├─ NetworkStackClient.getInstance().start()
└─ 真正启动网络栈
StartTethering (line 3198-3211)
├─ ConnectivityModuleConnector 启动 Tethering 模块
└─ 注册 Context.TETHERING_SERVICE
看核心的初始化启动代码，查看APEX模块加载：
现在让我继续深入分析核心模块的职责和数据流：
现在让我深入分析VPN、DNS、路由等关键模块，以及RIL层：
基于我的研究，现在让我生成完整的 NetworkStack 全面分析：
三、NetworkStack 核心模块职责详解
3.1 ConnectivityService - 网络管理核心
位置：packages_modules_Connectivity/service/src/com/android/server/ConnectivityService.java（超过14000行）
核心职责：
-
网络生命周期管理
- NetworkAgent 注册和注销
- 网络连接/断开/销毁
- 网络状态转换
-
网络请求匹配算法
- NetworkRequest 与 NetworkAgent 的关联
- 网络评分和排序（NetworkRanker）
- 默认网络选择
-
网络能力管理
NetworkCapabilities 属性： ├─ 传输类型 (TRANSPORT_WIFI, TRANSPORT_CELLULAR, TRANSPORT_VPN) ├─ 网络能力 (NET_CAPABILITY_INTERNET, VALIDATED, NOT_METERED等) ├─ 链路属性 (LinkProperties) └─ 网络信息 (NetworkInfo) -
网络验证流程
NetworkMonitor 验证流程： ├─ DNS 探测 ├─ HTTP/HTTPS 探测 ├─ Private DNS (DoH/DoT) 探测 ├─ 验证结果： │ ├─ VALID (完全连接) │ ├─ PARTIAL (部分连接) │ ├─ INVALID (无连接) │ └─ SKIP (跳过验证) └─ 验证状态影响网络分数 -
BPF 网络策略（Android 12+）
BPF (eBPF) 程序： ├─ 流量计费标记 (metered marking) ├─ 应用流量控制 └─ 系统级防火墙规则
3.2 NetworkAgentInfo - 网络代理信息容器
关键数据结构：
public class NetworkAgentInfo implements NetworkRanker.Scoreable {
// 网络标识
@NonNull public final Network network;
@NonNull public NetworkInfo networkInfo;
@NonNull public LinkProperties linkProperties;
@NonNull public NetworkCapabilities networkCapabilities;
// 网络状态时间戳
private long mCreatedTime; // netd 创建时间
private long mConnectedTime; // 连接时间
private long mDestroyedTime; // 销毁时间
private long mFirstValidationTime; // 首次验证通过时间
private long mCurrentValidationTime; // 最新验证时间
// 网络评分
private FullScore mScore; // 完整评分（包含 ConnectivityService 管理部分）
// 网络请求管理
private final SortedSet<InactivityTimer> mInactivityTimers;
private final List<NetworkRequest> mNetworkRequests;
// VPN 相关
public @Nullable volatile Network[] declaredUnderlyingNetworks;
// NAT64 转换
public Nat464Xlat clatd;
// QoS 回调追踪
private QosCallbackTracker mQosCallbackTracker;
}
网络状态机：
┌─────────────────┐
│ NASCENT │ 新建状态
│ (未连接) │
└────────┬────────┘
│
▼
┌─────────────────┐
│ CONNECTED │ 已连接
│ (可提供服务) │
└────────┬────────┘
│
┌──────▼──────┐
│ LINGERS │ 保活状态
│ (等待销毁) │ (网络评分下降后)
└──────┬──────┘
│
▼
┌─────────────────┐
│ DESTROYED │ 已销毁
│ (临时保留) │
└─────────────────┘
3.3 DNS 管理模块 (DnsManager)
位置：packages_modules_Connectivity/service/src/com/android/server/connectivity/DnsManager.java
功能：
-
DNS 配置管理
DNS 设置来源： ├─ DHCP 获取的 DNS ├─ 手动配置的 DNS └─ Private DNS 服务器 -
Private DNS 支持
Private DNS 模式： ├─ PRIVATE_DNS_MODE_OFF (关闭) ├─ PRIVATE_DNS_MODE_OPPORTUNISTIC (机会性) │ └─ 尝试 DNS over HTTPS (DoH) │ └─ 尝试 DNS over TLS (DoT) └─ PRIVATE_DNS_MODE_PROVIDER_HOSTNAME (指定主机) └─ 强制使用特定的 Private DNS 服务器 -
DNS 验证流程
步骤： 1. 接收 Private DNS 配置变更 2. 解析 Private DNS 主机名 (hostname resolution) 3. 建立 DNS over TLS 连接验证 4. 将解析的 IP 地址配置到 netd 5. 执行 DNS 探测验证网络连接
3.4 路由管理模块 (RoutingCoordinator)
位置：packages_modules_Connectivity/service/src/com/android/server/connectivity/RoutingCoordinatorService.java
核心功能：
-
IPv4/IPv6 路由管理
├─ 默认路由配置 ├─ 进程级路由标记 (fwmark) ├─ 应用级策略路由 └─ VPN 路由拦截 -
NAT64 转换 (clatd)
NAT64 用途： ├─ 在仅 IPv6 网络上模拟 IPv4 连接 ├─ 将 IPv4 流量转换为 IPv6 └─ 将 IPv6 响应转换回 IPv4 实现： ├─ 系统守护进程：clatd ├─ TUN 虚拟网卡 └─ 数据包转换规则 -
netlink 通信
- 与 Linux kernel 网络栈通信
- 路由表更新
- 网络接口管理
3.5 VPN 管理系统
架构：
VPN 框架分层：
┌─────────────────────────┐
│ 应用层 VPN 服务 │
│ (如 OpenVPN、WireGuard) │
└────────────┬────────────┘
│
┌────────▼─────────┐
│ VpnService │ App 使用的 API
│ (Builder) │ 配置 VPN 连接
└────────┬─────────┘
│
┌────────────▼────────────────────┐
│ VPN 管理层 (frameworks_base) │
│ ├─ VpnManagerService │
│ └─ VpnManagerService.Lifecycle │
└────────────┬────────────────────┘
│
┌────────────▼─────────────────────┐
│ 系统集成层 (Connectivity) │
│ ├─ VPN 作为 NetworkAgent 注册 │
│ ├─ VPN NetworkCapabilities 设置 │
│ └─ VPN 选择算法 │
└────────────┬─────────────────────┘
│
┌────────────▼──────────────────┐
│ 内核层 │
│ ├─ TUN/TAP 虚拟网卡驱动 │
│ ├─ netd 路由和防火墙配置 │
│ └─ Linux 网络栈 │
└───────────────────────────────┘
VPN 工作流程：
1. VpnService.prepare() - 获取 VPN 权限
2. Builder.establish() - 创建 VPN 连接
├─ 创建 TUN 虚拟网卡
├─ 设置 IP 地址和路由
├─ 返回 ParcelFileDescriptor
3. 应用从 FD 读取传出数据包
4. 应用处理数据包（加密等）
5. 应用将响应数据写入 FD
6. 系统将数据包注入网络栈
7. VPN 断开时清理资源
Split Tunnel (分隧道) 支持：
declaredUnderlyingNetworks 机制：
VPN ─┬─→ WiFi ┐
│ ├─ 不同应用使用不同网络
└─→ Cellular┘
mDeclaredUnderlyingNetworks: Network[]
这个数组指定了该 VPN 下面的真实网络
ConnectivityService 使用这个信息决定数据包最终从哪个网络发送
3.6 系统网络守护进程 (netd)
位置：system_netd/
C++ 实现的核心功能：
-
防火墙规则管理
├─ iptables/nftables 规则 ├─ 背景应用限制 (background restrict) ├─ Data Saver 限制 └─ VPN 路由规则 -
DNS 解析守护
├─ DNS 查询代理 ├─ DNS 缓存（可选） └─ DNS 隐私支持 (DoH/DoT) -
网络接口管理
├─ 网络接口创建/销毁 ├─ IP 地址配置 ├─ 路由表操作 └─ MTU 设置 -
Tethering (网络共享)
├─ USB Tethering ├─ WiFi Hotspot ├─ Bluetooth NAP └─ Ethernet 共享
3.7 RIL 层 - 电话通信子系统
位置：hardware_ril/, frameworks_opt_telephony/
关键组件：
RIL (Radio Interface Layer) 架构：
┌──────────────────────────────────┐
│ Phone.java / DataConnection │
│ (应用与通信管理) │
└───────────────┬──────────────────┘
│
┌──────────▼──────────┐
│ RIL.java │ RIL 引擎
│ ├─ 请求/响应处理 │
│ └─ Unsolicited 事件│
└──────────┬──────────┘
│
┌─────────▼─────────┐
│ Hardware AIDL │ AIDL 接口
│ ├─ IRadio │ (与硬件通信)
│ └─ HAL Service │
└─────────┬─────────┘
│
┌─────────▼─────────┐
│ Modem 硬件 │ 无线电固件
│ ├─ BaseBand │
│ └─ 协议栈 │
└───────────────────┘
关键 RIL 请求：
RIL_REQUEST_SETUP_DATA_CALL
├─ 参数：accessNetworkType, dataProfile, allowRoaming等
├─ 响应：SetupDataCallResult
└─ 用途：建立数据连接
RIL_REQUEST_DEACTIVATE_DATA_CALL
├─ 参数：cid (connection ID)
└─ 用途：断开数据连接
RIL_REQUEST_GET_DATA_CALL_LIST
└─ 用途：查询当前数据连接列表
RIL Unsolicited 事件：
响应类型（主动上报）：
├─ DATA_CALL_LIST_CHANGED
│ └─ Modem 数据连接状态变化
├─ VOICE_RADIO_TECH_CHANGED
│ └─ 无线电技术变化 (2G/3G/4G/5G)
├─ NETWORK_STATE_CHANGED
│ └─ 网络注册状态变化
└─ SIGNAL_STRENGTH
└─ 信号强度变化
3.8 WiFi 子系统交互
WiFi Service 与 Connectivity 交互：
WiFi Service
▼
registerNetworkAgent() → ConnectivityService
│
├─ NetworkCapabilities (WiFi, INTERNET等)
├─ LinkProperties (SSID, IP等)
└─ NetworkScore
事件回调：
├─ 连接成功 → broadcastNetworkStateChange()
├─ IP 获取 → updateLinkProperties()
├─ 验证结果 → updateNetworkInfo()
└─ 断开连接 → unregisterNetworkAgent()
四、NetworkStack 数据流和通信机制
4.1 网络连接建立流程
1. WiFi/蜂窝连接成功
▼
2. 驱动通知系统，创建网络接口
├─ wlan0 (WiFi)
├─ rndis0 (USB 蜂窝)
└─ ccmni0 (蜂窝)
▼
3. DHCP/静态 IP 配置 (通过 IpClient)
├─ 获得 IP 地址
├─ 获得 DNS 服务器
└─ 配置路由
▼
4. NetworkAgent 注册
├─ ConnectivityService 记录网络信息
├─ 创建 NetworkAgentInfo
└─ 设置初始 NetworkCapabilities
▼
5. NetworkMonitor 验证网络
├─ DNS 探测
├─ HTTP/HTTPS 探测
└─ 设置 VALIDATED capability
▼
6. 网络评分和选择
├─ 计算 NetworkScore
├─ 与其他网络比较
└─ 决定是否成为默认网络
▼
7. 网络状态通知应用
├─ NetworkCallback 回调
├─ CONNECTIVITY_ACTION 广播
└─ Settings 数据库更新
4.2 网络请求匹配流程
应用请求网络：
NetworkCapabilities.Builder()
.addTransportType(TRANSPORT_WIFI)
.addCapability(NET_CAPABILITY_INTERNET)
.build()
▼
connectivityManager.requestNetwork()
▼
ConnectivityService.requestNetwork()
▼
创建 NetworkRequestInfo (NRI)
▼
rematchAllNetworksAndRequests()
│
├─ 遍历所有网络 (NetworkAgentInfo)
├─ 测试能否满足请求
│ request.canBeSatisfiedBy(nai.networkCapabilities)
│
├─ NetworkRanker 评分
│ ├─ Transport priority (WiFi > Cellular)
│ ├─ Network validation state
│ ├─ Network score
│ └─ User preference
│
├─ 选择最佳网络 (Best Network)
│ mNetworkRanker.getBestNetwork(request, allNetworks, currentSatisfier)
│
└─ 分配给应用
Network → app
4.3 模块间通信模式
跨进程通信 (IPC)：
ConnectivityService (system_server)
↕ Binder
┌───────┴─────────────────────────────┐
│ │
▼ ▼
INetworkAgent NetworkStackClient
(NetworkAgent 上报) (请求 NetworkStack 服务)
│
┌────────────┴────────────┐
│ │
▼ ▼
NetworkStack 进程 In-Process
(独立或 system_server) (Android 12+)
│
┌────────────┬┴────────┬────────────┐
▼ ▼ ▼ ▼
IpClient NetworkMonitor DnsResolver netd
DHCP/静态IP 验证网络 DNS解析 防火墙等
4.4 关键的 AIDL 接口
IConnectivityManager.aidl (系统 API)
├─ getDefaultNetwork()
├─ requestNetwork()
├─ unregisterNetworkCallback()
├─ getNetworkCapabilities()
└─ getNetworkTypeName()
INetworkAgent.aidl (NetworkAgent → ConnectivityService)
├─ sendNetworkCapabilities()
├─ sendLinkProperties()
├─ sendNetworkInfo()
├─ markConnected()
└─ markDisconnected()
INetworkStackConnector.aidl (ConnectivityService → NetworkStack)
├─ makeNetworkMonitor()
├─ makeIpClient()
├─ makeDhcpServer()
└─ fetchIpMemoryStore()
INetd.aidl (ConnectivityService → netd)
├─ interfaceGetCfg()
├─ networkCreatePhysical()
├─ routeAdd()
├─ firewallSetUidRule()
└─ tetherAddForward()
五、Android 15 新增特性
5.1 eBPF 网络策略增强
eBPF Programs 用于：
├─ Metered Network 流量标记
│ └─ 使用 BPF maps 存储流量统计
├─ 应用级防火墙规则
│ └─ 比传统 iptables 性能更好
├─ 网络切片支持
│ └─ 为不同应用提供 QoS
└─ 实时性能监测
└─ 低开销的网络统计收集
5.2 VPN 改进
VPN 新特性：
├─ Better split tunnel 支持
├─ App-by-app VPN 管理
├─ VPN per-app 权限控制
└─ VPN 网络隔离增强
5.3 网络切片 (Network Slicing)
5G 网络切片支持：
├─ URSP (UE Route Selection Policy)
├─ 流量描述符 (Traffic Descriptor)
├─ NSSAI (Network Slice Selection Assistance Information)
└─ 动态网络切片选择
5.4 Private DNS 改进
├─ DNS over QUIC (DoQ) 支持
├─ 多 DNS 服务器支持
├─ DNS 故障自动转移
└─ 企业 Private DNS 配置
六、性能优化和调试
6.1 网络诊断工具
ConnectivityDiagnosticsManager:
├─ NetworkValidationResult 检查
│ ├─ INVALID (验证失败)
│ ├─ VALID (完全连接)
│ ├─ PARTIALLY_VALID (部分连接)
│ └─ SKIPPED (跳过验证)
├─ 网络探测结果
│ ├─ DNS 探测
│ ├─ HTTP/HTTPS 探测
│ ├─ Private DNS 探测
│ └─ 流量检测
└─ 数据停滞检测 (Data Stall Detection)
├─ DNS 连续超时
└─ TCP 数据包丢失率
6.2 调试命令
# 查看网络状态
dumpsys connectivity
# 查看 NetworkMonitor 状态
dumpsys connectivity --verbose
# 查看网络接口
ip link show
# 查看路由表
ip route show
ip route show table all
# 查看 DNS 配置
getprop persist.sys.usb.config
getprop net.dns1
# 检查 VPN 状态
dumpsys wifi
dumpsys telephony
# 网络验证日志
logcat | grep NetworkMonitor
6.3 关键性能指标
KPI:
├─ 网络连接延迟 (<3s)
├─ 网络验证时间 (<5s)
├─ DNS 查询时间 (<100ms)
├─ 网络切换时间 (<500ms)
├─ 内存占用 (< 50MB)
└─ CPU 使用率 (< 5% idle)
总结：
NetworkStack 是一个高度解耦、模块化的系统架构，通过 APEX 模块实现了系统网络栈的可升级。核心 ConnectivityService 通过网络评分、请求匹配等机制选择最佳网络，支持 VPN、DNS、路由等高级功能。底层通过 RIL 层与蜂窝网络、通过驱动与 WiFi 等无线网络通信，最终通过 netd 与 Linux 内核网络栈交互。
