摘要
许多人在分析linux代码时对网络部分（主要是src/linux/net，src/linux/include/net及src/linux/include/linux目录下的文件）比较感兴趣，确实，尽管已经从书本上学到了大量的TCP/IP原理，不读源码的话，头脑中还是建立不起具体的印象。而分析这部分代码的一个问题便是代码众多而资料很少。这篇文章的目的就是勾勒出一个框架，让读者能够大致能够了解TCP/IP究竟是怎么工作的。以前见到的许多代码分析都是基于2.0内核的，在新的内核中许多函数变了名字，这尤其给初学者带来了困难，本文是以2.4.0-test9的代码作例子，这样对照代码时可能更清晰些。
1 前言
许多人在分析linux代码时对网络部分（主要是src/linux/net，src/linux/include/net及src/linux/include/linux目录下的文件）比较感兴趣，确实，尽管已经从书本上学到了大量的TCP/IP原理，不读源码的话，头脑中还是建立不起具体的印象。而分析这部分代码的一个问题便是代码众多而资料很少。这篇文章的目的就是勾勒出一个框架，让读者能够大致能够了解TCP/IP究竟是怎么工作的。以前见到的许多代码分析都是基于2.0内核的，在新的内核中许多函数变了名字，这尤其给初学者带来了困难，本文是以2.4.0-test9的代码作例子，这样对照代码时可能更清晰些。
其实网络部分的代码我只对防火墙部分一行行仔细分析过，其他许多地方也只是一知半解，如果理解有误，欢迎指正。
建议在看本文的同时，用source insight(www.soucedyn.com)建立一个项目，同时看代码，这样可能效果更好点。我也用过其他的一些工具，但在分析大量的代码的时候，没有一个工具比它更方便的了。
2 正文
ISO的七层模型都非常熟悉了，当然，对于internet,用四层模型更为适合。在这两份模型里，网络协议以层次的形式出现。而LINUX的内核代码中，严格分出清楚的层次却比较困难，因为除了一些"内核线程(kernel thread外)"，整个内核其实是个单一的进程。因此所谓"网络层",只是一组相关的函数，而各层之间大多通过一般的函数调用的方式完成交互。
而从逻辑上，网络部分的代码更应该这样分层更为合理：
.BSD socket层：这一部分处理BSD socket相关操作，每个socket在内核中以struct socket结构体现。
这一部分的文件主要有：/net/socket.c /net/protocols.c etc
.INET socket层：BSD socket是个可以用于各种网络协议的接口，而当用于tcp/ip，即建立了AF_INET形式的socket时，还需要保留些额外的参数，于是就有了struct sock结构。
文件主要有：/net/ipv4/protocol.c /net/ipv4/af_inet.c /net/core/sock.c etc
.TCP/UDP层：处理传输层的操作，传输层用struct inet_protocol和struct proto两个结构表示。
文件主要有：/net/ipv4/udp.c /net/ipv4/datagram.c /net/ipv4/tcp.c
/net/ipv4/tcp_input.c /net/ipv4//tcp_output.c /net/ipv4/tcp_minisocks.c
/net/ipv4/tcp_output.c /net/ipv4/tcp_timer.c etc
.IP层：处理网络层的操作，网络层用struct packet_type结构表示。
文件主要有：/net/ipv4/ip_forward.c ip_fragment.c ip_input.c
ip_output.c etc.
.数据链路层和驱动程序：每个网络设备以struct net_device表示，通用的处理在dev.c中，驱动程序都在/driver/net目录下。
网络部分还有很多其他文件，如防火墙，路由等，一般根据看到名字便能猜测出相应的处理，此处不再赘述。
现在我要给出一张表，全文的内容就是为了说明这张表（如果你觉得我在文章中的语言比较乏味，尽可抛掉他们，结合这张表自己看代码）。在我最初看网络部分代码时，比较喜欢《linux kernel internals》的第八章的一段，其中有一个进程A通过网络远程向另一进程B发包的例子，详细介绍了一个数据包如何从网络堆栈中走过的过程。我觉得这样可以更迅速的帮助读者看清森林的全貌，因此本文参照这种结构来叙述。
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| sys_read fs/read_write.c
| sock_read net/socket.c
| sock_recvmsg net/socket.c
| inet_recvmsg net/ipv4/af_inet.c
| udp_recvmsg net/ipv4/udp.c
| skb_recv_datagram net/core/datagram.c
| -------------------------------------------
| sock_queue_rcv_skb include/net/sock.h
| udp_queue_rcv_skb net/ipv4/udp.c
| udp_rcv net/ipv4/udp.c
| ip_local_deliver_finish net/ipv4/ip_input.c
| ip_local_deliver net/ipv4/ip_input.c
| ip_recv net/ipv4/ip_input.c
| net_rx_action net/dev.c
| -------------------------------------------
| netif_rx net/dev.c
| el3_rx driver/net/3c309.c
| el3_interrupt driver/net/3c309.c
＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝
| sys_write fs/read_write.c
| sock_writev net/socket.c
| sock_sendmsg net/socket.c
| inet_sendmsg net/ipv4/af_inet.c
| udp_sendmsg net/ipv4/udp.c
| ip_build_xmit net/ipv4/ip_output.c
| output_maybe_reroute net/ipv4/ip_output.c
| ip_outputnet/ipv4/ip_output.c
| ip_finish_output net/ipv4/ip_output.c
| dev_queue_xmit net/dev.c
| --------------------------------------------
| el3_start_xmit driver/net/3c309.c
V
我们假设的环境如下：有两台主机通过互联网联在一起，其中一台机子运行这一个进程A，另外一台运行进程B，进程A将向进程B发出一条信息，比如"Hello",而B接受此信息。TCP处理本身非常复杂，为了便于叙述，在后面我们将用UDP作为例子。
2.1 建立套接字
在数据发送之前，要建立一个套接字（socket）,在两边的程序中都会调用如下语句：
...
int sockfd;
sockfd=socket(AF_INET,SOCK_DGRAM,0);
...
这是个系统调用，因此会通过0x80中断进入系统内核，调用内核中的相应函数.当寻找系统调用在内核中的对应流程时，一般前面加入"sys_"再找就是了，如对fork来说，就是调用sys_fork。但是socket相关调用有些特殊，所有的这类调用都是通过一个入口，即sys_socketcall进入系统内核，然后再通过参数调用具体的sys_socket,socket_bind等函数。
sys_socket会调用sock_create产生一个struct socket结构（见include/linux/net.h），每个套接字在内核中都有一个这样的结构对应，在初始化了此结构的一些通用成员后（如分配inode，根据第二个参数为type项赋值等），会根据其一个参数作响应的调度，即这一句：
...
net_families[family]-create(sock, protocol);
...
我们的程序的第一个参数是AF_INET，所以此函数指针会指向inet_create（）；（net_families是个数组，保留了网络协议族（net families）的信息，而这些协议族用sock_register加载。）
在struct socket结构结构中最重要的信息保留在struct sock结构中，这个结构在网络代码中经常使用，建议把它和其他常见结构（如struct sk_buff）打印出来放在手边。在inet_create会为此结构分配内存，并根据套接字类型（其实就是socket函数的第二个参数），作各自不同的初始化：
...
if (sk-prot-init)
sk-prot-init(sk);
...
如果类型是SOCK_STREAM的话会调用tcp_v4_init_sock，而SOCK_DGRAM类型的socket没有额外的初始化了，到此socket调用结束。
还有一个值得注意的地方是当inet_create（）调用完后，会接着调用sock_map_fd函数，这个函数中会为套接字分配一个文件描述符并分配一个file文件。在应用层便可象处理文件一样处理套接字了。
开始的时候可能有些流程难以跟下去，主要便是这些函数指针的实际指向会根据类型变化。
2.2 发送数据
当进程A想发送数据时，程序中会调用如下语句(如果用sendto函数的话会走类似的流程，略)：
...
write(sockfd,"Hello",strlen("Hello"));
...
write在内核中对应的函数就是sys_write，此函数首先根据文件描述符找到struct file结构，如果此文件存在（file指针非空）且可写（file-f_mode & FMODE_WRITE为true），便调用此文件结构的写操作：
...
if (file-f_op && (write = file-f_op-write) != NULL)
ret = write(file, buf, count, &file-f_pos);
...
其中f_op是个struct file_operations结构指针，在sock_map_fd中将其指向socket_file_ops，其定义如下（/net/socket.c）：
static struct file_operations socket_file_ops = {
llseek: sock_lseek,
read: sock_read,
write: sock_write,
poll: sock_poll,
ioctl: sock_ioctl,
mmap: sock_mmap,
open: sock_no_open, /* special open code to disallow open via /proc */
release: sock_close,
fasync: sock_fasync,
readv: sock_readv,
writev: sock_writev
};
此时wirte函数指针显然指向了sock_writ
