我們知道，linux系統是一個龐大而複雜的系統，代碼行數可想而知，雖然linux內核的代碼是公開的代碼，但是起初，我對閱讀linux內核的代碼是畏懼的，畏懼它的龐大，畏懼它的複雜，閱讀起來會有很多的困難，但是我這個人是想挑戰高難度的，所以，我下定決心試試，閱讀以下linux內核的源代碼。
Linux內核是由很多的子系統組成的，包括進程管理、內存管理、文件系統、網絡系統等，所以需要一個一個的學習，那麼從此刻起，我將和大家分享我學習網絡子系統的總結，帶著大家一起走進linux內核網絡系統的世界。
隨著互聯網的高速發展，我們人人一個手機，通過手機觀看世界上的每一個美好的瞬間，那麼，人們能夠在互聯網上互相交流，看電影、玩遊戲等，事實上是網絡協議的發明起了關鍵性的作用。
1. 網絡體系的介紹
1.1 網絡協議的簡介
對於開發的人員，在設計代碼時，會經常考慮擴展性、模塊化等特點，那麼網絡協議的設計，也是遵循了這樣的思想，一些制定標準的人，將網絡設計成了分層的模型，分層的模型帶來的好處，就是每一層只考慮本層的業務，這樣就保證了擴展性。
Linux所採取的分層模型是OSI模型，將網絡分成了四層，如下所示：
網絡模型
鏈路層提供了設備驅動程序，也就是網卡的驅動相關的程序，設備驅動用來支持物理層的設備。
物理層就是傳輸數據的介質，一般用的最多的就是以太網。
網絡層是向上面傳輸層提供數據，或者從傳輸層接收數據的一個模塊，網絡層最主要處理的報文就是IP報文。
傳輸層大家應該非常不陌生了，它主要為應用層提供數據，以及從應用層接收數據的模塊，它主要處理 TCP 和 UDP 報文，這層的業務比較複雜，可以說是整個協議棧最複雜的模塊之一。
應用層負責處理應用層數據，例如：HTTP、FTP、SMTP、HTTPS等。
1.2 Linux 網絡協議棧的架構簡介
下圖顯示了linux 網絡協議棧的架構，我們可以看出linux是遵循OSI模型進行的架構設計，最上面的為應用層，工作在用戶空間，中間的部分就是我們即將要講的工作在內核空間的網絡協議棧，網絡協議棧中，是靠套接口緩存區進行的數據傳遞，也就是我們常說的skb，有關skb的結構，我會下篇文章詳細述說，網絡協議棧的頂部是系統調用的實現，它是用戶態與內核態傳輸數據的一個模塊，系統調用的下面是套接口層，我們管它叫協議無關層，它提供了一種通用的方法來使用傳輸層，這種通用的設計方法我們可以學一學，這在我們以後的項目中會用到，傳輸層就是具體的協議的實現了，包括TCP和UDP，鄰居子系統主要的作用就是獲取下一跳的mac地址，主要的協議是arp。
linux協議棧網絡分層模型
1.3 Linux 網絡子系統的系統調用的介紹
在linux系統中，用戶態切換到內核態的方式有好幾種，其中最常見的就是系統調用，用戶態進入內核態的方法和cpu的架構有關，對於i386架構的cpu，當進程調用一個系統調用時，系統會產生int 0x80的軟中斷，通過產生的軟中斷用戶態進入內核態，用戶態進程將系統調用號傳入內核，在內核中，有一個系統調用的總的入口，我們成為system_call函數，system_call函數會根據系統調用號作為索引，調用sys_call_table中的函數，這樣最終的系統調用的函數就被執行了。
下圖是套接口層，網絡層，傳輸層的關係圖：
linux套接口系統調用模型
通過上圖，我們可以看到，linux套接口實際上是協議無關層，只是判斷proto，根據proto的值，來調用不同的函數，例如，proto是tcp的話，就會調用tcp_sendmesg函數，來發送數據包，這種抽象的設計是值得我們去學習的。
2. Linux網絡子系統之SKB
Linux 網絡子系統在處理數據包時，會將數據存在某個結構中，然後再對數據進行處理，而這個結構就是套接口緩存，也就是skb，linux內核對緩存有特殊的設計要求：
1) 由於網絡中的報文的長度變化多樣，所以skb要有絕對的能力處理可變長的報文。
2) Skb 要具備在頭尾能夠對數據進行添加和移除，因為skb要在不同的網絡層次之間進行數據的傳遞。
在不同的網絡層次之間進行數據的傳遞時，要儘量的避免數據的copy，因為內存的copy也是比較消耗cpu資源的。
2.1 套接口緩存skb
Linux內核的skb的設計正是遵循了上述的設計要求而設計的，skb用於在網絡層協議層之間進行數據傳遞的一個數據結構，可以用在不同的網絡協議層，例如：數據鏈路層、網絡層(IP層)、傳輸層(TCP/UDP),skb在不同的層次之間進行傳遞時，有些變量會進行修改，例如，四層向三層傳遞數據前，會添加四層的首部，同理，三層向二層傳遞數據前，會添加三層的首部，添加首部要比在不同的層次之間複製skb的效率高，但是添加首部的操作比較複雜，因此linux內核提供一個函數接口skb_reserve()來完成這個操作，每當協議棧中的上一層在往下一層傳遞數據之前，都會調用該函數來添加首部。
如果是下層向上層傳遞skb，那麼下層的首部相關的信息對於上層來說就沒有用了，此時，linux內核並沒有將下層的數據刪除，而是將指針指向上層的頭部，這種方式極大的提高了處理數據的能力。
2.2 套接口緩存skb
skb主要有兩部分組成，一部分是skb描述符(即skb結構體本身)，另一部分是數據緩存區，這部分是現申請的，這樣的設計保證了skb可以處理可變長的數據報文，如下圖所示，當然skb不止一個data成員指向數據緩存區，還有其他的成員，當然後續會講到。
linux 套接口結構示意圖
skb的成員變量的介紹：
struct sk_buff*next;
struct sk_buff*prev;
這兩個成員使得skb結構構成了雙向鏈表，頭結點是skb_buff_head,這個就比較簡單了，雙向鏈表構成如下圖：
linux 套接口鏈表連接方式
下一篇，接著介紹linux內核網絡子系統的相關知識，謝謝。
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