我们知道，linux系统是一个庞大而复杂的系统，代码行数可想而知，虽然linux内核的代码是公开的代码，但是起初，我对阅读linux内核的代码是畏惧的，畏惧它的庞大，畏惧它的复杂，阅读起来会有很多的困难，但是我这个人是想挑战高难度的，所以，我下定决心试试，阅读以下linux内核的源代码。

Linux内核是由很多的子系统组成的，包括进程管理、内存管理、文件系统、网络系统等，所以需要一个一个的学习，那么从此刻起，我将和大家分享我学习网络子系统的总结，带着大家一起走进linux内核网络系统的世界。

随着互联网的高速发展，我们人人一个手机，通过手机观看世界上的每一个美好的瞬间，那么，人们能够在互联网上互相交流，看电影、玩游戏等，事实上是网络协议的发明起了关键性的作用。

1. 网络体系的介绍

1.1 网络协议的简介

对于开发的人员，在设计代码时，会经常考虑扩展性、模块化等特点，那么网络协议的设计，也是遵循了这样的思想，一些制定标准的人，将网络设计成了分层的模型，分层的模型带来的好处，就是每一层只考虑本层的业务，这样就保证了扩展性。

Linux所采取的分层模型是OSI模型，将网络分成了四层，如下所示：

链路层提供了设备驱动程序，也就是网卡的驱动相关的程序，设备驱动用来支持物理层的设备。

物理层就是传输数据的介质，一般用的最多的就是以太网。

网络层是向上面传输层提供数据，或者从传输层接收数据的一个模块，网络层最主要处理的报文就是IP报文。

传输层大家应该非常不陌生了，它主要为应用层提供数据，以及从应用层接收数据的模块，它主要处理 TCP 和 UDP 报文，这层的业务比较复杂，可以说是整个协议栈最复杂的模块之一。

应用层负责处理应用层数据，例如：HTTP、FTP、SMTP、HTTPS等。

1.2 Linux 网络协议栈的架构简介

下图显示了linux 网络协议栈的架构，我们可以看出linux是遵循OSI模型进行的架构设计，最上面的为应用层，工作在用户空间，中间的部分就是我们即将要讲的工作在内核空间的网络协议栈，网络协议栈中，是靠套接口缓存区进行的数据传递，也就是我们常说的skb，有关skb的结构，我会下篇文章详细述说，网络协议栈的顶部是系统调用的实现，它是用户态与内核态传输数据的一个模块，系统调用的下面是套接口层，我们管它叫协议无关层，它提供了一种通用的方法来使用传输层，这种通用的设计方法我们可以学一学，这在我们以后的项目中会用到，传输层就是具体的协议的实现了，包括TCP和UDP，邻居子系统主要的作用就是获取下一跳的mac地址，主要的协议是arp。

1.3 Linux 网络子系统的系统调用的介绍

在linux系统中，用户态切换到内核态的方式有好几种，其中最常见的就是系统调用，用户态进入内核态的方法和cpu的架构有关，对于i386架构的cpu，当进程调用一个系统调用时，系统会产生int 0x80的软中断，通过产生的软中断用户态进入内核态，用户态进程将系统调用号传入内核，在内核中，有一个系统调用的总的入口，我们成为system_call函数，system_call函数会根据系统调用号作为索引，调用sys_call_table中的函数，这样最终的系统调用的函数就被执行了。

下图是套接口层，网络层，传输层的关系图：

通过上图，我们可以看到，linux套接口实际上是协议无关层，只是判断proto，根据proto的值，来调用不同的函数，例如，proto是tcp的话，就会调用tcp_sendmesg函数，来发送数据包，这种抽象的设计是值得我们去学习的。

2. Linux网络子系统之SKB

Linux 网络子系统在处理数据包时，会将数据存在某个结构中，然后再对数据进行处理，而这个结构就是套接口缓存，也就是skb，linux内核对缓存有特殊的设计要求：

1) 由于网络中的报文的长度变化多样，所以skb要有绝对的能力处理可变长的报文。

2) Skb 要具备在头尾能够对数据进行添加和移除，因为skb要在不同的网络层次之间进行数据的传递。

在不同的网络层次之间进行数据的传递时，要尽量的避免数据的copy，因为内存的copy也是比较消耗cpu资源的。

2.1 套接口缓存skb

Linux内核的skb的设计正是遵循了上述的设计要求而设计的，skb用于在网络层协议层之间进行数据传递的一个数据结构，可以用在不同的网络协议层，例如：数据链路层、网络层(IP层)、传输层(TCP/UDP),skb在不同的层次之间进行传递时，有些变量会进行修改，例如，四层向三层传递数据前，会添加四层的首部，同理，三层向二层传递数据前，会添加三层的首部，添加首部要比在不同的层次之间复制skb的效率高，但是添加首部的操作比较复杂，因此linux内核提供一个函数接口skb_reserve()来完成这个操作，每当协议栈中的上一层在往下一层传递数据之前，都会调用该函数来添加首部。

如果是下层向上层传递skb，那么下层的首部相关的信息对于上层来说就没有用了，此时，linux内核并没有将下层的数据删除，而是将指针指向上层的头部，这种方式极大的提高了处理数据的能力。

2.2 套接口缓存skb

skb主要有两部分组成，一部分是skb描述符(即skb结构体本身)，另一部分是数据缓存区，这部分是现申请的，这样的设计保证了skb可以处理可变长的数据报文，如下图所示，当然skb不止一个data成员指向数据缓存区，还有其他的成员，当然后续会讲到。

skb的成员变量的介绍：

struct sk_buff*next;

struct sk_buff*prev;

这两个成员使得skb结构构成了双向链表，头结点是skb_buff_head,这个就比较简单了，双向链表构成如下图：

下一篇，接着介绍linux内核网络子系统的相关知识，谢谢。