网络报文收发——报文接收

概述

报文由网络设备接收。设备驱动程序从网络设备中读取报文，通过内核提供的网络接口函数，将报文传递到内核中的网络协议栈。经过协议栈的处理，报文被转发、丢弃、传送给用户进程。
这里主要以一个UDP报的接收流程为例来分解这整个过程

网络设备接收报文

1： 数据包从外面的网络进入物理网卡。如果目的地址不是该网卡，且该网卡没有开启混杂模式，该包会被网卡丢弃。
2： 网卡将数据包通过DMA（或DMA）的方式写入到指定的内存地址(该地址由网卡驱动分配并初始化)
3： 网卡通过硬件中断（IRQ）通知CPU有数据需要接受
4： CPU根据中断表，调用已经注册的中断函数，这个中断函数会调到驱动程序（NIC Driver）中相应的函数
5： 驱动会先禁用网卡的中断，表示驱动程序已经知道内存中有数据了，告诉网卡下次再收到数据包直接写内存，不需要再发起中断通知CPU，避免CPU不停的被中断，提高效率，。
6： 驱动启动软中断。这步结束后，硬件中断处理函数就结束返回了。
由于硬中断处理程序执行的过程中不能被中断，所以如果它执行时间过长，会导致CPU没法响应其它硬件的中断，于是内核引入软中断，这样可以将硬中断处理函数中耗时的部分移到软中断处理函数里面来慢慢处理。
7：ksoftirqd进程专门负责软中断处理。接收到软中断后，调用相应的中断处理函数。6中来自网卡驱动的软中断对应网络模块中的net_rx_action函数
8：net_rx_action函数调用网卡驱动中的poll函数一个一个处理收到的数据包
9：Poll函数中，驱动一个接一个读取网卡写到内存中的数据包（内存中的数据包格式也只有驱动知道）
10：驱动程序将内存中的数据包转换成内核网络模块能识别的skb格式，然后调用napi_gro_receive函数
11：napi_gro_receive会处理GRO相关的内容，也就是将可以合并的数据包进行合并，这样就只需要调用一次协议栈。
（dev_gro_receive）
然后判断是否开启了RPS，如果开启了，将会调用enqueue_to_backlog（RPS/RFS)
(napi_skb_finish->netif_receive_skb->CONfIG_RPS)
12：在enqueue_to_backlog中会将数据包放入CPU的softnet_data结构体的input_pkt_queue中，然后返回。如果input_pkt_queue已满，则丢弃该数据包
13：CPU继续自己的软中断，按照上下文在__netif_receive_skb_core函数中对input_pkt_queue中的数据进行处理
14：如果没有开启RPS，会在10中napi_gro_receive直接执行到__netif_receive_skb_core函数
15：在__netif_receive_skb_core函数中去除protocol，它会从数据包中取出协议信息，然后遍历注册在协议上的回调函数列表。其中，ptype_base是一个hash表，ip_rcv函数地址就在该Hash表中
16：deliver_skb函数中调用到的pt_prev->func就是协议层注册的处理函数。ip包会进入到ip_rcv
17：到此，内存中的所有数据包都处理完成后（poll函数执行完），便可重新启用网卡的硬中断，以便下一次的数据中断通知到CPU接收

这其中的代码调用流程如下图：

协议栈——IP层

1：ip_rcv是IP层的入口函数，在该函数中首先会将垃圾数据包丢弃（目的mac地址不是当前网卡，但由于设置的混杂模式而被接收进来），然后调用NF_HOOK钩子注册在NF_INET_PRE_ROUTING上的函数
2：钩子函数执行完毕之后，会执行到NF_HOOK的最后一个参数指向的函数ip_rcv_finish，对其进行追踪ip_rcv_finish–>ip_route_input_mc–>rs_dts_alloc(ip_local_deliver在此处被赋值给dst.input)–>顺序执行dst.input(ip_local_deliver)–>ip_local_deliver_finished–>inet_protocol
3.到达对应的UDP/TCP层

协议层——udp层

1.__udp4_lib_lookup_skb根据skb来寻找对应的socket，当找到以后将数据包放到socket的缓存队列里。如果没有找到，则发送一个目标不可达的icmp包
2.第一步找到的话进入到socket缓存队列处理