Linux网络 - 数据包在内核中接收和发送的过程（转）

本文将介绍在Linux系统中， 数据包是如何一步一步从网卡传到进程手中的 以及 数据包是如何一步一步从应用程序到网卡并最终发送出去的 。

如果英文没有问题，强烈建议阅读后面参考里的文章，里面介绍的更详细。

本文只讨论以太网的物理网卡，不涉及虚拟设备，并且以一个UDP包的接收过程作为示例.

网卡需要有驱动才能工作，驱动是加载到内核中的模块，负责衔接网卡和内核的网络模块，驱动在加载的时候将自己注册进网络模块，当相应的网卡收到数据包时，网络模块会调用相应的驱动程序处理数据。

下图展示了数据包（packet）如何进入内存，并被内核的网络模块开始处理：

软中断会触发内核网络模块中的软中断处理函数，后续流程如下

由于是UDP包，所以第一步会进入IP层，然后一级一级的函数往下调：

应用层一般有两种方式接收数据，一种是recvfrom函数阻塞在那里等着数据来，这种情况下当socket收到通知后，recvfrom就会被唤醒，然后读取接收队列的数据；另一种是通过epoll或者select监听相应的socket，当收到通知后，再调用recvfrom函数去读取接收队列的数据。两种情况都能正常的接收到相应的数据包。

了解数据包的接收流程有助于帮助我们搞清楚我们可以在哪些地方监控和修改数据包，哪些情况下数据包可能被丢弃，为我们处理网络问题提供了一些参考，同时了解netfilter中相应钩子的位置，对于了解iptables的用法有一定的帮助，同时也会帮助我们后续更好的理解Linux下的网络虚拟设备。

ndo_start_xmit会绑定到具体网卡驱动的相应函数，到这步之后，就归网卡驱动管了，不同的网卡驱动有不同的处理方式，这里不做详细介绍，其大概流程如下：

在网卡驱动发送数据包过程中，会有一些地方需要和netdevice子系统打交道，比如网卡的队列满了，需要告诉上层不要再发了，等队列有空闲的时候，再通知上层接着发数据。

这里介绍的两个SCTP收发消息的函数极大的简化了基于SCTP协议的消息收发，可以更加容易的去使用一些SCTP协议的高级特性。

sctp_recvmsg函数用于通过SCTP socket发送消息

如果接收成功，返回收到的字节数，如果发生错误，返回-1

sctp_recvmsg函数用于从SCTP socket接收消息

sctp_recvmsg是一个封装的库函数，可以用于从一个socket接收数据的同时，使用SCTP的一些高级特性。

如果接收成功，返回收到的字节数，如果发生错误，返回-1

从网络设备驱动程序的结构分析可知，Linux网络子系统在发送数据包时，会调用驱动程序提供的hard_start_transmit()函数，该函数用于启动数据包的发送。在设备初始化的时候，这个函数指针需被初始化以指向设备的xxx_tx (）函数。网络设备驱动完成数据包发送的流程如下：

1）网络设备驱动程序从上层协议传递过来的sk_buff参数获得数据包的有效数据和长度，将有效数据放入临时缓冲区。

2）对于以太网，如果有效数据的长度小于以太网冲突检测所要求数据帧的最小长度ETH ZLEN，则给临时缓冲区的末尾填充0。

3）设置硬件的寄存器，驱使网络设备进行数据发送 *** 作。

特别要强调对netif_ stop_queue()的调用，当发送队列为满或因其他原因来不及发送当前上层传下来的数据包时，则调用此函数阻止上层继续向网络设备驱动传递数据包。当忙于发送的数据包被发送完成后，在以TX结束的中断处理中，应该调用netif_wake_queue (）唤醒被阻塞的上层，以启动它继续向网络设备驱动传送数据包。当数据传输超时时，意味着当前的发送 *** 作失败或硬件已陷入未知状态，此时，数据包发送超时处理函数xxx _tx _timeout ()将被调用。这个函数也需要调用由Linux内核提供的netif_wake _queue()函数以重新启动设备发送队列。

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