1. TCP/IP的一些关键特性

1. 面向连接
   先建立连接，再进行数据传输。
2. 双向字节流
   使用字节流来实现双向数据通信
3. 有序传输
   数据的接收顺序和它们的发送顺序一致
4. 基于ACK的可靠传输
   没有收到ACK的时候，发送方会重传
5. 流控
6. 拥塞控制

2. 数据发送

参看如下这张图，

这张图里面的这些处理层可以分成三层

• 用户空间
• 内核空间
• 设备空间

用户空间和内核空间的任务都通过CPU来执行。用户空间和内核空间通常称为host，区别于设备空间。

2.1. 用户空间管理

首先我们来看看用户空间。首先要用程序创建数据并发送，进行系统调用write()发送数据，这个时候就切换到了内核空间。 内核空间有两个缓存 - 第一个是用于发送的send socket buffer; - 另一个是用于接收的receive socket buffer；

2.2. 内核空间处理

Sockets处理

应用程序调用了write后，要发送的数据包就从用户空间拷贝到内核空间的send socket buffer的尾部。

2.3. TCP层处理

接下来调用TCP，每个socket都有一个相关联的TCP控制块（TCB）。依据这个控制块来控制TCP连接上的传输，如果允许数据传输，会把一个新的TCP段接到数据包的前面， 如下图所示的包含两段：TCP Header和Payload数据

2.4. IP层处理

这个时候从TCP层来到IP层，IP层会添加一个IP头到TCP数据段上，这个时候IP routing就开始搜索下一跳的IP(为了数据包能到达最终目的IP)； 比如说IP路由发现是一个外网地址，需要先发送到网关，那么网关IP就是下一跳的IP。 如下图所示的就是IP头的结构，里面包含了源IP和目的IP，IP路由会依据这个消息来寻找下一跳的地址。

NOTE: Wiki上面对于IP Routing的解释： IP routing 指的是在IP网络中转发IP数据包的路由机制，IP路由包含了决定网络包传输的最合适路径；包含了静态配置路由和动态获取状态信息来进行选择指定的两种机制，主要是找到下一跳的IP地址，这样数据包可以尽快的到达它的最终目的地。 网络通常会被网关或者路由隔离开。路由器上任何接口收到的数据包，都会先检查它的目的地址和源地址，然后依据目的地址和路由规则把数据包放到相应输出接口的队列中；路由表中会包含所有接口和它们所连接网络的路由规则，如果没有路由规则满足收到的网络表，那么会依据默认路由规则来发送；路由表可以是静态的，由管理者进行配置，也可以是动态更新的； 路由算法 IP转发算法是一个特殊的路由实现；这个算法利用路由表来选择下一跳的的路由，被选中的IP就是作为下一跳的路由；如果有多个规则匹配，那么选择子网掩码最长的那个； 假定目的地址是, D, 网路前缀是, N: if ( N 匹配直连的IP地址 ) 数据块发送到D到这个网络连接; else if ( 路由表包含一个到N的路由 ) 数据块发送到路由表中列着的下一跳的地址; else if ( 存在一个默认路由 ) 发送到默认路由; else 返回转发错误;

有一种场景，如果说数据包的对端IP和当前IP属于同一网段

NOTE: Linux系统中每个配置了IP的eth设备都有一条默认的路由表信息，比如说当前主机有个网卡，配置了IP是192.168.56.101/24；那么就会有一条默认的路由信息192.168.56.0/24 dev enp0s8 proto kernel scope link src 192.168.56.101 metric 100；也就是说所有发往这个网段的消息都会经过网口enp0s8发送出去，比如说要发往192.168.56.100，那么接下来在数据链路层的时候就会通过ARP来获取这个IP对应的MAC地址；加入说.100这个主机和.101这个主机都是连在同一个交换机上，那么交换机收到这个数据报文后就会触发二层的转发（因为目的的MAC地址不是就是主机100的MAC地址）？

2.5. 网络层(Ethernet)

网络层处理的时候，以及知道下一跳的IP了，这个时候需要搜索这个下一跳的IP对应的MAC地址；这个时候就需要ARP消息了，获取了下一跳的MAC地址以后，就可以添加Ethernet header了

这个里面就包含了源MAC地址和目的MAC地址了。 IP路由做完了以后，其实以及知道这个数据包要通过哪个NIC进行传输了，这个时候就该调用这个NIC来把数据包发送到下一跳的地址了。

3. 数据接收

接下来我们看看数据接收的过程是怎么进行的

NIC收到数据包之后，进行校验，然后发送到内核空间处理

3.1. Ethernet层处理

首先检查这个包是否合法，同时检查目的MAC地址是否匹配当前的的网口；然后数据发到IP层处理；

3..2. IP层处理

IP层也会检查这个包的合法性，然后逻辑上检查这个包是要执行IP路由还是要在当前系统下处理这个包，或者要转发到其他系统；如果要在本机处理，那么会解码上层协议栈（传输层），比如说TCP的proto值是6，如果解出来是6，那么发送到TCP层进行处理

3.3. TCP层处理

首先还是合法性检查，然后查找TCP控制块；如果是新传数据，那么把新数据包添加到receive sock buffer的尾部。

文末给大家分享一个实现网络协议栈的视频：实现自己的tcp/ip协议栈

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