TCP/IP 协议栈高效可靠的数据传输机制——以 Linux 4.19 内核为例

TCP/IP 协议栈是一种非常成熟且广泛使用的网络通信框架，它将复杂的网络通信任务分成多个层次，从而简化设计，使每一层的功能更加清晰和独立。在经典的 TCP/IP 协议栈中，常见的分层为链路层、网络层、传输层和应用层。本文将对每一层的基本功能进行描述，并列出对应于 Linux 4.19 内核中处理数据包的部分关键函数，重点探讨确保数据在网络中的高效和可靠传输。

1. 链路层

功能：

链路层主要负责节点间直接通信的数据传输，处理物理地址（MAC 地址）的标识和数据包的帧结构。它包括原始硬件通信、数据帧在链路上的传输和接收。

关键函数：

- netif_rx：当网络设备驱动接收到数据包时，通过此函数将数据包提交给内核协议栈的上层处理。
- napi_gro_receive 和 __napi_gro_receive：在 NAPI 机制下，用于高效地接收和处理数据包，减少中断处理开销，提高性能。

2. 网络层

功能：

网络层承担数据包从源端传输到目的端的任务，这包括 IP 地址的标识、路由选择、数据包的分片和重组等功能。它确保数据包能够跨不同网络段传递到正确的目标主机。

关键函数：

- netif_receive_skb：链路层将接收到的数据包交给此函数进行处理，并交由网络层处理。