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linux内核网络栈实现分析

发布时间:2024-06-17 09:03:00

『壹』 linux 网络路径中网络协议栈有几种

1.总述
Linux中用户空间的网络编程,是以socket为接口,一般创建一个sockfd = socket(family,type,protocol),之后以该sockfd为参数,进行各种系统调用来实现网络通信功能。其中family指明使用哪种协议域(如INET、UNIX等),protocol指明该协议域中具体哪种协议(如INET中的TCP、UDP等),type表明该接口的类型(如STREAM、DGRAM等),一般设protocol=0,那么就会用该family中该type类型的默认协议(如INET中的STREAM默认就是TCP协议)。
Linux中利用mole机制,层次分明地实现了这套协议体系,并具有很好的扩展性,其基本模块构成如下:
先看右边,顶层的socket模块提供一个sock_register()函数,供各个协议域模块使用,在全局的net_family[]数组中增加一项;各个协议域模块也提供一个类似的register_xx_proto()函数,供各个具体的协议使用,在该协议域私有的xx_proto[]数组中增加一项。这两个数组中的存放的都是指针,指向的数据结构如下图所示:

很明显它们是用来创建不同类型的socket接口的,且是一种分层次的创建过程,可想而知,顶层socket_create()完成一些共有的操作,如分配内存等,然后调用下一层create;协议域内的create()完成一些该协议域内共有的初始化工作;最后具体协议中的create()完成协议特有的初始化。具体的下一节讲。
再来看上图右边的,也是顶层socket模块提供的4个函数,前两个一般由具体协议模块调用,由于协议栈与应用层的交互,具体的后面会讲到。后两个一般有协议域模块调用,用于底层设备与协议栈间的交互。但这也不绝对,如在PPPOE协议中,这4个函数都由具体协议模块调用,这是因为PPPOX协议域内的共有部分不多,各个协议间几乎独立。这4个函数的功能及所用到的数据结构,在后面具体用到时会详细说明。
2.socket插口创建
首先来看一下最终创建好的socket插口由哪些部分组成,该结构是相当庞大的,这里只给出框架:

基本属性有state(listen、accept等),flags标志(blocked等),type类型,这里family和protocol都没有了,因为它们再创建时使用过了,已经被融入到socket结构中。
File指针指向一个file结构,在Linux中一个socket也被抽象为一个文件,所以在应用层一般通过标准的文件操作来操作它。
Ops指向一个struct proto_ops结构,它是每种协议特有的,应用层的系统调用,最终映射到网络栈中具体协议的操作方法。
Sk指向一个struct sock结构,而该结构在分配空间时,多分配了一点以作为该协议的私有部分,这里包含了该协议的具体信息,内容相当多。首先是一个struct sock_common结构,包含了协议的基本信息;然后是一个sk_prot_create指针,指向一个struct proto结构体,该结构体就是第一节中所述的,用proto_regsiter()注册到内核中的,它包含应用层到协议栈的交互操作和信息(也可以说成是Appà transport layer的交互信息);然后还有一个sk_backlog_rcv函数指针,所指函数在协议栈处理完接收到的包之后调用,一般仅是把数据包放到该socket的接收队列中,等待APP读取;最后协议的私有部分里存放该协议的私有信息,如pppoe的sessionID、daddr,tcp的连接4元组等,这些信息很重要,利用它们来区分同一个协议中的多个socket。

附上出处链接:http://blog.csdn.net/vfatfish/article/details/9296885

『贰』 嵌入式Linux内核和网络协议栈的特点,和代表性产品有哪些

首先,嵌入Linux内核是可定制的内核:
1 Linux内核的配置系统
2 Linux内核的模块机制
3 Linux内核的源代码开放
4 经裁减的 Linux内核最小可达到 150KB以下,尤其适合嵌入式领域中资源受限的实际情况。
其次,它的性能优越:Linux 系统内核精简、高效和稳定,能够充分发挥硬件的功能,因此它比其他操作系统的运行效率更高。
再者,它有良好的网络支持:
1 支持 TCP/IP 协议栈
2 提供对包括十兆位、百兆位及千兆位的以太网,还有无线网络、Tokenring(令牌环)和光纤甚至卫星的支持
3 对现在依赖于网络的嵌入式设备来说是很好的选择。

至于网络协议的话,有很多种,就目前主流的3种网络协议是:NetBEUI、IPX/SPX及其兼容协议、TCP/IP,而其他的像Lwip、ZigBee、Sip等很多。
1 NetBEUI的前身是NetBIOS,这一协议是IBM1983年开发完成的,早期的微软OS产品中都选择该协议作为通信协议。它是一套用于实现仅仅在小型局域网上PC见相互通信的标准。该网络最大用户数不能超过30个,1985年,微软对其改进,增加了SMB(Server Message Blocks,服务器消息块)的组成部分,以降低网络的通信阻塞,形成了现在的NetBEUI通信协议。
特点:体积小、效率高、速度快、占用内存少。
2 IPX/SPX及其兼容协议:它的全称是“Internwork Packet Exchange/Sequence Packet Exchange”即网际包交换/顺序包交换。
特点:体积较大、能够连接多种网络、具有强大的路由功能,适合大型网络的使用。windows网络中无法直接使用该协议。
3 TCP/IP是国际互联网Internet采用的协议标准,早期用于ARPANet网络,后来开放用于民间。
特点:灵活性,支持任意规模的网络,可以连接所有的计算机,具有路由功能,且TCP/IP的地址是分级的,容易确定并找到网上的用户,提高了网络代换的利用率。

而其他的像Lwip协议栈的特点:
(1)支持多网络接口的IP转发
(2)支持ICMP协议
(3)包括实验性扩展的UDP
(4)包括阻塞控制,RTT估算和快速恢复和快速转发的TCP
(5)提供专门的内部回调接口用于提高应用程序性能
(6)可选择的Berkeley接口API
(7)在最新的版本中支持ppp

不知道这些是不是你想要的。

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