数据包如何穿越各层协议

们把上述处理过程的区域大致分为：

• User区域
• Kernel 区域
• Device区域

在user和kernel区域的任务都是由本机cpu执行，这两个区域合并称为host区域，以区分device区域(网络接口卡上有单独的cpu)。device是接收和发送数据包的网络接口卡(Network Interface Card)，一般也称为LAN card。

当应用程序调用write(fd, buf, len)来发送数据时，用户态区域会进入内核态区域，建立这个关系的纽带是socket fd和系统调用write。

在内核态的socket有两个buffer：

• send socket buffer，用于发送数据
• receive socket buffer，用于接收数据

当write系统调用被执行，用户态的数据(buf，长度)会被拷贝到内核区域的内存，并被放入到send socket buffer的末尾(见下图，发送是按照顺序发送的)，然后TCP就会被调用执行路由之前会去检查Netfilter LOCAL_OUT钩子，看是否需要执行iptables相关配置。之后执行IP路由。IP路由主要功能是寻找下一跳(例如网关或路由器)的IP地址，而路由的目的是到达目的地IP地址所在的机器。

IP执行路由之后，检查Netfilter POST_ROUTING钩子，如果有iptables在这方面的配置，就会去执行相关操作。委托给数据链路层之前，IP层还会执行ARP(网络地址转换)，通过下一跳IP地址来查找目的MAC地址，并把Ethernet头部添加到IP数据包，如下图。层同时还给用户提供了raw socket接口，即发送数据包的接口。raw socket发送的数据包与正常流程的数据包不一样，在执行Netfilter的时候，会跳过这些钩子。

IP层做完工作以后，会把数据包(上图中的数据包，一般称frame)委托给数据链路层。

由于ARP已经把目的MAC地址写入到数据包头部，这样就减轻了驱动driver的工作。进入数据链路层后，内核会去检测是否有抓包工具在监听抓包(例如tcpdump)，如果有，内核会拷贝数据包信息到抓包工具的内存地址空间。

之后，根据一定的协议规则，驱动driver会要求NIC传递这个数据包。当NIC收到这个请求后，NIC复制数据包到自己的内存里，并且发送给网络。当NIC发送完一个数据包，会产生一个中断， 主机 cpu去执行中断处理程序，完成后续工作。

（编辑：云计算网_泰州站长网）

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