Linux 網絡概念介紹

網絡模型

OSI 網絡模型 VS TCP/IP 模型

Linux 實際按照 TCP/IP 模型，實現了網絡協議棧。

Linux 網絡棧

網絡包在每一層的處理邏輯，都取決於各層採用的網絡協議。處理過程就是不斷拆包，封包的過程。

Linux 通用 IP 網絡棧

咱們從上到下來看這個網絡棧，你能夠發現，

• 最上層的應用程序，須要經過系統調用，來跟套接字接口進行交互；
• 套接字的下面，就是咱們前面提到的傳輸層、網絡層和網絡接口層；
• 最底層，則是網卡驅動程序以及物理網卡設備。

Linux 網絡收發流程

當一個網絡幀到達網卡後，網卡會經過 DMA方式，把這個網絡包放到收包隊列中；而後經過硬中斷，告訴中斷處理程序已經收到了網絡包。接着，網卡中斷處理程序會爲網絡幀分配內核數據結構（sk_buff），並將其拷貝到 sk_buff 緩衝區中；而後再經過軟中斷，通知內核收到了新的網絡幀。

接下來，內核協議棧從緩衝區中取出網絡幀，並經過網絡協議棧，從下到上逐層處理這個網絡幀。

網絡包的發送流程瞭解網絡包的接收流程後，就很容易理解網絡包的發送流程。網絡包的發送流程就是上圖的右半部分，很容易發現，網絡包的發送方向，正好跟接收方向相反。

• 首先，應用程序調用 Socket API（好比 sendmsg）發送網絡包。

• 因爲這是一個系統調用，因此會陷入到內核態的套接字層中。套接字層會把數據包放到 Socket 發送緩衝區中。

• 接下來，網絡協議棧從 Socket 發送緩衝區中，取出數據包；再按照 TCP/IP 棧，從上到下逐層處理。好比，傳輸層和網絡層，分別爲其增長 TCP 頭和 IP 頭，執行路由查找確認下一跳的 IP，並按照 MTU 大小進行分片。

• 分片後的網絡包，再送到網絡接口層，進行物理地址尋址，以找到下一跳的 MAC 地址。而後添加幀頭和幀尾，放到發包隊列中。這一切完成後，會有軟中斷通知驅動程序：發包隊列中有新的網絡幀須要發送。

• 最後，驅動程序經過 DMA ，從發包隊列中讀出網絡幀，並經過物理網卡把它發送出去。

性能指標

• 帶寬，表示鏈路的最大傳輸速率，單位一般爲 b/s （比特 / 秒）。

• 吞吐量，表示單位時間內成功傳輸的數據量，單位一般爲 b/s（比特 / 秒）或者 B/s（字節 / 秒）。吞吐量受帶寬限制，而吞吐量 / 帶寬，也就是該網絡的使用率。

• 延時，表示從網絡請求發出後，一直到收到遠端響應，所須要的時間延遲。在不一樣場景中，這一指標可能會有不一樣含義。好比，它能夠表示，創建鏈接須要的時間（好比 TCP 握手延時），或一個數據包往返所需的時間（好比 RTT）。

• PPS，是 Packet Per Second（包 / 秒）的縮寫，表示以網絡包爲單位的傳輸速率。PPS 一般用來評估網絡的轉發能力，好比硬件交換機，一般能夠達到線性轉發（即 PPS 能夠達到或者接近理論最大值）。而基於 Linux 服務器的轉發，則容易受網絡包大小的影響。

除了這些指標，網絡的可用性（網絡可否正常通訊）、併發鏈接數（TCP 鏈接數量）、丟包率（丟包百分比）、重傳率（從新傳輸的網絡包比例）等也是經常使用的性能指標。