Linux协议栈(3)——接收流程及函数

本章来看下，数据是如何从网络中接收并最后到达应用程序的。

网络层将数据链路层提供的帧组成数据包，包中封装有网络层包头，其中含有逻辑地址信息。

1.1.1.1链路层

包到达机器的物理网卡时候触发一个中断，并将通过DMA传送到位于 linux kernel 内存中的rx_ring。

中断处理程序分配 skb_buff 数据结构，并将接收到的数据帧从网络适配器I/O端口拷贝到skb_buff 缓冲区中，并设置 skb_buff 相应的参数，这些参数将被上层的网络协议使用，例如skb->protocol；

然后发出一个软中断（NET_RX_SOFTIRQ,该变量定义在include/linux/interrupt.h 文件中），通知内核接收到新的数据帧。

　　进入软中断处理流程，调用 net_rx_action 函数。包从 rx_ring 中被删除，进入 netif _receive_skb 处理流程。

netif_receive_skb根据注册在全局数组 ptype_all 和 ptype_base 里的网络层数据报类型，把数据报递交给不同的网络层协议的接收函数(INET域中主要是ip_rcv和arp_rcv)。

1.1.1.2网络层

网络IP层的入口函数在ip_rcv函数。

ip_rcv函数调用第三层协议的接收函数处理该skb包，进入第三层网络层处理。

该函数首先会做包括checksum在内的各种检查，如果需要的话会做 IP defragment（分片合并），最终到达 ip_rcv_finish 函数。

　　ip_rcv_finish 函数会调用ip_router_input函数，进入路由处理环节。会调用 ip_route_input 来更新路由，然后查找 route，决定该会被发到本机还是会被转发还是丢弃：

　　如果发到本机的话，调用 ip_local_deliver 函数，可能会做 de-fragment（合并多个包）,并调用ip_local_deliver_finish。最后调用下一层接口，包括 tcp_v4_rcv （TCP）, udp_rcv （UDP），icmp_rcv (ICMP)，igmp_rcv(IGMP)。对于 TCP 来说，函数 tcp_v4_rcv 函数会被调用，从而处理流程进入 TCP 栈。

　　如果需要转发，则进入转发流程，调用dev_queue_xmit，进入链路层处理流程。

如果不是发送到本机的话就要进行转发，则调用ip_forward转发。

如果是igmp管理数据包，则调用ip_mr_input函数进行组播路由的查找。

1.1.1.3传输层

传输层 TCP 处理入口在tcp_v4_rcv函数（位于 linux/net/ipv4/tcp_ipv4.c 文件中），首先会做一些完整性检查，发现问题直接将包丢弃。

如果是tcp，则调用tcp_v4_do_rcv。

然后sk->sk_state == TCP_ESTABLISHED,调用tcp_rcv_established。

调用tcp_data_queue方法将报文放入队列中。然后用tcp_ofo_queue方法报文插入receive队列的。

1.1.1.4应用层

　　应用调用 read 或者 recvfrom 时，该调用会被映射为/net/socket.c 中的 sys_recv 系统调用，并被转化为 sys_recvfrom 调用，然后调用 sock_recgmsg 函数。

　　对于 INET 类型的 socket，/net/ipv4/af_inet.c 中的inet_recvmsg 方法会被调用，它会调用相关协议的数据接收方法。

　　TCP 会调用 tcp_recvmsg。该函数从 socket buffer 中拷贝数据到buffer。

　　UDP从用户空间可以调用三个recv()/recvfrom()/recvmsg() 中的任意一个来接收 UDP 包，这些系统调用最终都会调用内核中的 udp_recvmsg 方法。

如下图：

Linux协议栈(3)——接收流程及函数