嵌入式linux TCP/IP协议栈概述及相关知识

1. 概述

TCP/IP协议栈可以实现不同型号、不同操作系统的计算机之间的通信，它并不是某个具体的协议，而是一组协议。我们都知道OSI七层模型中有物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层、应用层共七层，每一层都对应多个相关的协议。同样，TCP/IP网络协议也进行了层次的划分，分为四层，分别规定了每层的作用以及它们的协议。

网络接口层：通常包括操作系统中的设备驱动程序和计算机中对应的网卡，它们一起处理与电缆的物理接口细节。

网络层：有时也称作网际层或互联网层，处理分组在网络中的活动，例如分组的选路。在

T C P / I P协议族中，网络层协议包括I P协议（网际协议），ICMP协议（I n t e r n e t互联网控制报文协议），以及IGMP协议（I n t e r n e t组管理协议）。

运输层：主要为两台主机上的应用程序提供端到端的通信。在TCP/IP协议族中，有两个互不相同的传输协议：TCP（传输控制协议）和UDP（用户数据报协议）。TCP为两台主机提供高可靠性的数据通信。它所做的工作包括把应用程序交给它的数据分成合适的小块交给下面的网络层，确认接收到的分组，设置发送最后确认分组的超时时钟等。由于运输层提供了高可靠性的端到端的通信，因此应用层可以忽略所有这些细节。而另一方面，UDP则为应用层提供一种非常简单的服务。它只是把称作数据报的分组从一台主机发送到另一台主机，但并不保证该数据报能到达另一端。任何必需的可靠性必须由应用层来提供。这两种运输层协议分别在不同的应用程序中有不同的用途，这一点将在后面看到。

应用层：负责处理特定的应用程序细节

假设在一个局域网（LAN）如以太网中有两台主机，二者都运行FTP协议,如图列出了该过程所涉及到的所有协议。

这里，我们列举了一个FTP客户程序和另一个FTP服务器程序。大多数的网络应用程序都被设计成客户-服务器模式。服务器为客户提供某种服务，在该图中就是访问服务器所在主机上的文件。在远程登录应用程序Telnet中，为客户提供的服务是登录到服务器主机上。在同一层上，双方都有对应的一个或多个协议进行通信。例如，某个协议允许TCP层进行通信，而另一个协议则允许两个IP层进行通信。在图的右边，我们可以看出应用程序通常是一个用户进程，而下三层则一般在linux操作系统内核中执行。顶层与下三层之间还有另一个关键的不同之处。应用层关心的是应用程序的细节，而不是数据在网络中的传输活动。下三层对应用程序一无所知，但它们要处理所有的通信细节。在图中列举了四种不同层次上的协议。FTP是一种应用层协议， TCP是一种运输层协议，IP是一种网络层协议，而以太网协议则应用于链路层上。TCP/IP协议族是一组不同的协议组合在一起构成的协议族。尽管通常称该协议族为TCP/IP，但TCP和IP只是其中的两种协议而已（该协议族的另一个名字是I n t e r n e t协议族(Internet Protocol Suite)）。网络接口层和应用层的目的是很显然的—前者处理有关通信媒介的细节（以太网、令牌环网等），而后者处理某个特定的用户应用程序（ FT P、Telnet等）。但是，从表面上看，网络层和运输层之间的区别不那么明显。

2. 数据封装

数据从应用层到物理层要经过一系列的加包头过程，反之，从物理层到应用层要进行拆包，每经过一层就要进行相应的去数据包包头。

3. 数据传输

数据的传输使用了一个非常重要的结构体sk_buff，该结构体用来实现数据在各个层次的数据传输。该数据结构在linux内核源码的头文件中进行的声明，结构体主要成员变量如下：

struct sk_buff {

struct sk_buff *next;

struct sk_buff *prev;

struct net_device *dev; //数据包属于哪个网卡

unsigned int len, //有效数据长度

data_len; //分片数据段的长度

__u16 mac_len,

hdr_len;

sk_buff_data_t tail;

sk_buff_data_t end;

unsigned char *head, //缓存区的头指针

*data; //有效数据头指针

...

};

sk_buff相关操作函数：

/*********************************************************

*功能：分配sk_buff结构体

*参数：size ：缓存区大小

* priority：分配标志GFP_KERNEL,GFP_ATOMIC...

*返回值：成功返回skb指针

* 失败返回NULL

********************************************************/

struct sk_buff *alloc_skb(unsigned int size,gfp_t priority)

/**********************************************************

*功能：释放sk_buff

*参数：skb：skb指针

*返回值：void

**********************************************************/

void kfree_skb(struct sk_buff *skb)

/*tail下移，有效数据区增大*/

unsigned char *skb_put(struct sk_buff *skb, unsigned int len);

/*data上移，有效数据区增大*/

unsigned char *skb_push(struct sk_buff *skb, unsigned int len);

/*data tail下移，有效数据区不变*/

void skb_reserve(struct sk_buff *skb, int len)

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