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Socket 缓存

每一层协议用另外层提供的服务，这样使用多层网络协议会有一个问题：每个协议都要在传送数据时都要 加上协议头和协议尾，而数据到达时又要将之去掉。这样，在不同的协议间要有数据缓存，每一层需要知道特 定协议的头和尾放在哪个位置。一个解决办法就是在每一层中都拷贝缓存，但这样做效率就很低。Linux用 socket缓存或者说
sk_buffs 来在协议层与网络设备驱动之间交换数据。 sk_buffs 包括指针和字段长度，这样每 个协议层就可以通过标准的函数或“方法”来操作应用程序数据。

图
1显示了 sk_buff 数据结构；每个 sk_buff 有一个数据块与之相连。 sk_buff 有四个指针，这些指针 用来操作和管理socket缓存的数据：

head

指向内存中数据区的开头。这一指针在 sk_buff 和其相关的数据块分配时就固定了。

data

指向当前协议数据的开头。这一指针是随当前拥有 sk_buff 的是哪个协议层而变化的。

tail

指向当前协议数据的结尾。同样，这一指针也是随当前拥有 sk_buff 的是哪个协议层而变化的。

end

指向内存中数据区的结尾。这一指针在 sk_buff 和其相关的数据块分配时固定。

len 和 truesize 这两个字段分别用来描述当前协议包长度和数据缓存总体长度。 sk_buff 处理代码提供标准的操作来向应用程序增加和移除协议头和协议尾。这就可以安全地操作
sk_buff 中的 data , tail 和 len 字段。

push

它把 data 指针指向数据区的开始并增加 len 。用于在要传输的数据开始处增加协议头。

pull

它把 data 指针从数据区的开始处移到数据区的结尾处，并减小 len 。用于在已接收的数据开始处移除协议头。

put

它把 tail 指针指向数据区的结尾处，并增加 len 。用于在要传输的数据结尾处增加数据或协议信息。

trim

它把 tail 指针指向数据区的开始处，并减小 len 。用于在已接收的数据尾移除数据或协议信息。

sk_buff 结构还包含了用于一些指针，用于在处理过程中存入 sk_buff 的双连接环路列表。通用sk_buff例 程可以将
sk_buff 加入到这些列表的前面或后面，也可以删除它们。

接收IP包

设备驱动一章描述了Linux的网络设备是如何置入内核并初始化的。一系列 device 数据结构在 dev_base 表中相互连接起来。每个
device 结构描述了它的设备并提供回调例程，当需要网络驱动来执行工作时，网络协议层调用这些例程。这些函数与传输的数据及网络设备地址紧密相关。当一个网络设备从网上接收包时，它必须将接收的数据转换成 sk_buff 结构。这些 sk_buff 则被网络驱动加入到了
backlog 队列中。

如果 backlog 队列太长，则丢弃接收的 sk_buff。准备好要运行时，网络底层将被设置标志。

当网络底层按计划开始运行后，处理 backlog 队列之前，任何等待着被传输的网络包都由它来处理。 sk_buff 决定哪些层处理被接收的包。

Linux网络层初始化时，每一协议通过将 packet_type 结构加入到 ptype_all列表或ptype_base hash表中来 注册它自己。packet_type 结构包含了协议类型，一个指向网络设备的指针，一个指向协议的接收数据处理例程的指针，最后还包括一个指向列表链或hash链中下一个
packet_type 结构的指针。ptype_all 链用于监听从网络设备上接收的所有包，通常不使用它。ptype_base hash表是被协议标识符弄乱的，用于决定哪个协议将接收传入的网络包。网络底层通过两个表中的一个或多个
packet_type 项来匹配传入 sk_buff 的协议类型。协议可以和多于一个的项相匹配，如在监听网上所有的传输时要复制多个
sk_buff 。 sk_buff 将通过被匹配协议处理例程。

10.5.3 发送IP包

应用程序交换数据时要传输包，否则由网络协议在建立连接或支持一个已建立的连接时来生成。无论数据 是由哪种方法生成的，都要建立一个 sk_buff 来包含数据，当通过协议层时，这些协议层会加上各种头。

sk_buff 需要通过网络设备传输。首先协议，如IP，需要确定是哪个网络设备在用。这有赖于包的最佳路 由。对于通过modem连入一个简单网络，如通过PPP协议，的计算机来说，路由的选择是很简单的。包应该通过 本地环路设备发送给本地主机，或发送给PPP modem连接的网关。对于连在以在网上的计算机来说，连接在网 络上的计算机越多，路由越复杂。

对于每一个被传输的IP包，IP用路由表来为目的IP地址解析路由。从路由表中成功地找到目的IP时将返回一个描述了要使用的路由的 rtable 结构。这包括要用到的源IP地址，网络
device 结构的地址，有时还有预建立的硬件头。这些硬件头是网络设备特定的，包含了源和目的的物理地址和其它的特定媒体信息。如果网络设备是一个以太网设备，硬件头则应如图

10.1 所示，并且源和目的地址应是物理的以太网地址。硬件头在路由的时候会缓存起来，因为必须将它加到每一个要传输的IP包中。硬件头包含的物理地址要用ARP 协议来解析。传出的包在地址被解析后才会发出。解析了地址后，硬件头被缓存起来以便以后的IP包在使用这一接口时不需要再使用ARP。

数据分块

每个网络设备都有一个包大小的最大值，发送或接收数据包不能比这一值大。IP协议允许将数据分成更小单元以便网络设备能处理。IP协议头有分块字段，它里面包含了一个标志和分割偏移量。

当IP包准备要传输时，IP找到网络设备来将IP包发送出去。这个设备是从IP路由表中找到的。每一 device 结构中有一项 mtu ，用来描述最大传输单元（以字节为单位）。如果设备的
mtu 比要传输的IP包的包大小要小，则IP包必须被分割成更小的单元。每一单元用一个 sk_buff 结构来表征；它的IP头会被做上标记以标识它是一个分块了的包，其中还包含分割偏移量。最后一个包被标识为最后IP单元。如果在分块过程中，IP不能分配
sk_buff ，则传输失败。

接收IP分块单元要比发送它们要麻烦一些，因为这些IP单元可能以任何顺序到达，必须所有的单元都接收 到了以后才能重新将它们组装起来。每接收一个IP包都要检查其是否是IP分割单元。在第一个IP分割单元到达 时，IP会建立一个新的
ipq 结构，这一结构与用于IP单元重组的 ipqueue 列表相连。当接收到更多的IP单元时，先找到正确的 ipq 结构，并为每个单元新建立一个
ipfrag 结构。每个 ipq 结构唯一地描述一个接收IP分割单元的，包括它的源和目的IP地址，上层协议标识和本IP帧的标识。当接收到所有的IP分割单元后，将它们重新组成一个
sk_buff ，然后交给上层协议处理。每个 ipq 中包含一个定时器，它在每接收到一个合法的单元后重新时。如果定时器到时，
ipq 结构和它的一些 ipfrag 结构将被丢弃，传送的信息则被假定为丢失。然后提交给层协议来重传该信息。