原創kylin_zeng:http://blog.csdn.net/kylin_fire_zeng 本文參考國嵌視頻教程，再此感謝國嵌教育。

一、協議棧層次對比：

1）網絡接口層把數據鏈路層和物理層合并在了一起，提供訪問物理設備的驅動程序，對應的網絡協議主要是以太網協議。
2）網絡層協議管理離散的計算機間的數據傳輸，如IP協議為用戶和遠程計算機提供了信息包的傳輸方法，確保信息包能正確地到達目的機器。重要的網絡層協議包括ARP（地址解析協議）、ICMP（Internet控制消息協議）和IP協議（網際協議）等
3）傳輸層的功能包括：格式化信息流、提供可靠傳輸。傳輸層包括TCP（Transmission Control Protocol，傳輸控制協議）和UDP（User Datagram Protocol，用戶數據報協議），它們是傳輸層中最主要的協議
4）應用層位于協議棧的頂端，它的主要任務是服務于應用，如利用FTP（文件傳輸協議）傳輸一個文件。常見的應用層協議有：HTTP，FTP，Telnet等。應用層是Linux網絡設定很關鍵的一層，Linux服務器的配置文檔主要針對應用層中的協議

二、linux網絡子系統
1）

2）Linux 網絡子系統的頂部是系統調用接口層。它為用戶空間的應用程序提供了一種訪問內核網絡子系
統的方法。位于其下面的是一個協議無關層，它提供了一種通用方法來使用傳輸層協議。然后是具體
協議的實現，在Linux 中包括內嵌的協議TCP、UDP，當然還有IP。然后是設備無關層，它提供了
協議與設備驅動通信的通用接口，最下面是設備驅動程序。

3）系統調用接口：為應用程序提供訪問內核網絡子系統的方法：Socket系統調用。
4）協議無關接口：實現一組通用函數來訪問各種不同的協議：通過socket實現。Linux 中的socket 使用
struct sock來描述，這個結構包含了特定socket 所需要的所有狀態信息，還包括
socket 所使用的特定協議和在socket 上可以執行的一些操作

5）網絡協議層用于實現各種具體的網絡協議，如：TCP、UDP 等
6）設備無關接口：設備無關接口將協議與各種網絡設備驅動連接在一起。
這一層提供一組通用函數供底層網絡設備驅動程序使用，讓它們可以對高層協議棧進行操作。首先，設備驅
動程序可能會通過調用register_netdevice 或unregister_netdevice 在內核中進行注冊或注銷。調
用者首先填寫net_device 結構，然后傳遞這個結構進行注冊。內核調用它的init 函數（如果定義了這種函
數），然后執行一組健全性檢查，并將新設備添加到設備列表中（內核中的活動設備鏈表）
要從協議層向設備發送數據，需要使用dev_queue_xmit函數，這個函數對數據進行排
隊，并交由底層設備驅動程序進行最終傳輸報文的接收通常是使用netif_rx執行的。當底層設備驅動
程序接收到一個報文（包含在所分配的sk_buff 中）時，就會通過調用netif_rx 將數據上傳至設備
無關層，然后，這個函數通過netif_rx_schedule 將sk_buff 在上層協議隊列中進行排隊，供以后進行處理。

7）驅動程序：網絡體系結構的最底部是負責管理物理網絡設備的設備驅動程序層

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二、網絡驅動程序設計：
每個網絡接口都由一個net_device結構來描述，該結構可使用如下內核函數動態分配：
1、struct net_device *alloc_netdev(int sizeof_priv, const char *mask, void (*setup)(struct net_device *))
sizeof_priv 私有數據區大小；mask：設備名；setup 初始化函數

2、struct net_device *alloc_etherdev(int sizeof_priv)

struct net_device
{
char name[IFNAMSIZ] ;//設備名,如：eth%d //%d表示由內核自動獲取。
vunsigned long state ;//設備狀態
vunsigned long base_addr ;//I/O 基地址
vunsigned int irq ;//中斷號
...
}

3、net_device初始化：int (*init)(struct net_device *dev)
初始化函數。該函數在register_netdev時被調用來完成對net_device 結構的初始化

net_device和字符驅動一樣, 網絡設備也要聲明能操作它的函數。有些操作可以保留為NULL, 有的可以通過ether_setup 來使用默認設置。網絡
接口的設備方法可分為兩組：基本的和可選的，基本方法包括那些使用接口所必需的；可選的方法實現更多高級的功能。

4、基本方法：
int (*open)(struct net_device *dev) //打開接口。ifconfig 激活時，接口將被打開。
int (*stop)(struct net_device *dev) //停止接口。該什么時候調用呢?
int (*hard_start_xmit) (struct sk_buff *skb, struct net_device *dev) //數據發送函數。

5、可選操作：
int (*do_ioctl)(struct net_device *dev, struct ifreq *ifr, int cmd) //處理特定于接口的ioctl 命令
int (*set_mac_address)(struct net_device *dev, void *addr) //改變Mac地址的函數,需要硬件支持該功能

6、設備注冊：
網絡接口驅動的注冊方式與字符驅動不同之處在于它沒有主次設備號，并使用如下函數注冊。
int register_netdev(struct net_device *dev）

7、sk_buff 存放網絡包：
Linux內核中的每個網絡數據包都由一個套接字緩沖區結構struct sk_buff 描述，即一個
sk_buff結構就是一個包,指向sk_buff的指針通常被稱做skb。
struct sk_buff
{
struct device *dev; //處理該包的設備
__u32 saddr; //IP源地址
__u32 daddr; //IP目的地址
__u32 raddr; //IP路由器地址

unsigned char *head; //分配空間的開始
unsigned char *data; //有效數據的開始
unsigned char *tail; //有效數據的結束
unsigned char *end; //分配空間的結束
unsigned long len； //有效數據的長度

}；

8、skb操作函數：
操作sk_buff的內核函數如下： struct sk_buff *alloc_skb(unsigned int len, int priority)
分配一個sk_buff 結構，供協議棧代碼使用 struct sk_buff *dev_alloc_skb(unsigned int len)分配一個sk_buff 結構，供驅動代碼使用

unsigned char *skb_push(struct sk_buff *skb, int len) //向后移動skb的tail指針，并返回tail移動之前的值。 這樣才能再填入后面的值
unsigned char *skb_put(struct sk_buff *skb, int len) //向前移動skb的head指針，并返回head移動之后的值 這樣才不會覆蓋后面的值
kfree_skb(struct sk_buff *skb) //釋放一個sk_buff 結構，供協議棧代碼使用
dev_kfree_skb(struct sk_buff *skb) //釋放一個sk_buff 結構，供驅動代碼使用

9、設備打開：
Open 請求任何它需要的系統資源并且啟動
接口：
注冊中斷，DMA等
設置寄存器，啟動設備
啟動發送隊列

例如：
int net_open(struct net_device *dev)
{
/*申請中斷*/
request_irq(dev->irq, &net_interrupt, SA_SHIRQ,
“dm9000”, dev)；
/* 設置寄存器,啟動設備*/
...... ...... ...... ......
/*啟動發送隊列*/
netif_start_queue(dev)；
}

10、數據發送：
當核心需要發送一個數據包時，它調用hard_start_transmit函數，該函數將最終調用到net_device結構中的hard_start_xmit函數指針。
11、數據接收
網絡接口驅動可以實現兩種方式的報文接收: 中斷和查詢，Linux中驅動多采用中斷方式

接收流程：
1、分配Skb：
skb = dev_alloc_skb(pkt->datalen + 2)
2、從硬件中讀取數據到Skb
3、調用netif_rx將數據交給協議棧
netif_rx(skb)

12、中斷處理：
網絡接口通常支持3種類型的中斷: 新報文到達中斷、報文發送完成中斷和出錯中斷。中
斷處理程序可通過查看網卡中的中斷狀態寄存器，來分辨出中斷類型。

總結

以上是生活随笔為你收集整理的linux网络体系架构的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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