在字元裝置當中,我們比較習慣的一種思維是"一切皆檔案".比如說,我們操作一個硬體的時候,首先去open一個裝置節點.底層的操作集直接或間接對應使用者空間的系統呼叫的API.但是,在網路子系統裡面,我們去操作一個PHY時,並沒有直接去操作所謂的節點,如eth0.比如我們通過TFTP下載一個檔案到目標機器的時候,只需要執行下面的命令即可:

tftp -r YourFile -g 192.168.1.131

    上述的IP是PC端的IP.但是我們在這裡並沒有看到eth0任何相關資訊.其實,我用要用一個網絡卡的時候,是需要配置的,如下面命令:

ifconfig eth0 192.168.1.22 up
 

    其實,我們每用一個網絡卡的時候,都是配置一下網絡卡的.配置網絡卡的結果是核心網路子系統新增一條路由訊息,這條路由訊息是和網絡卡對應的.使用者空間跟核心網路子系統及網絡卡驅動互動便是通過TCP/IP協議棧裡面的路由演算法來找到我們相應的物理裝置的,而不是像字元裝置那樣直接操作和物理裝置對應的裝置節點.它只是多了一層轉換而已.因此,當我們執行下面的命令時:

tftp -r YourFile -g 192.168.1.131

    實際上,首先tftp命令根據引數產生一條路由訊息陷入核心根據TCP/IP協議棧找到其網路傳遞路徑最終實現到具體PHY的互動.然後呼叫具體PHY的裝置驅動函式來實現硬體的操作.

    1.TCP/IP四層模型及資料流向:

    各層的意義如下:

應用層（application layer）：包含各種網路應用協議。如HTTP、FTP、telnet、SMTP、DNS、SNMP等協議。

傳輸層（transport layer）：負責在源主機和目的主機的應用程式間提供端-端的資料傳輸服務。主要有TCP和UDP兩個傳輸協議。

網路層（internet layer）：負責將分組獨立地從信源傳送到信宿，主要解決路由選擇、擁塞控制和網路互聯等問題。如最重要的協議——IP。

網路介面層（network access layer）：負責將IP分組封裝成幀格式並傳輸；或將從物理網路接收到的幀解封，取出IP分組交給網路互聯層。當前幾乎所有的物理網路上都可執行TCP/IP協議。
 

    當我們從PC下載一個檔案到目標機器的時候,對PC端而言,自上而下"層層封裝";到達目標機器的時候,自下而上,"層層解封".這過程從大的方面來講包括兩方面:一方向是不斷地新增每個層相應的協議頭;另一方面是對實際有效的資料各層的不同處理,例如傳輸層將應用程式的資料流分成TCP段,並加上TCP包頭遞交給網路層.

    例項:

下面以使用TCP協議傳送檔案（如FTP應用程式）為例說明了TCP/IP的工作原理:
1). 在源主機上,應用層將一串位元組流傳給傳輸層;
2). 傳輸層將位元組流分成TCP段,加上TCP包頭交給網際網路絡（IP）層;
3). IP層生成一個包,將TCP段放入其資料域,並加上源和目的主機的IP地址,然後交給資料鏈路層;
4). 資料鏈路層在其幀的資料部封裝IP包,發往目的主機或IP路由器;

流程示意圖如下:

5). 在目的主機上,資料鏈路層將資料鏈路層幀頭去掉,將IP包交給網際網路層;
6). IP層檢查IP包頭,如果包頭中的校驗和與計算出來的不一致,則丟棄該包;
7). 如果校驗和一致,IP層去掉IP頭,將TCP段交給TCP層,TCP層檢查順序號來判斷是否為正確的TCP段;
8). TCP層為TCP包頭計算TCP頭和資料.如果不正確,TCP層丟棄這個包,若正確,則向源主機發送確認;
9). 在目的主機上,TCP層去掉TCP頭,將位元組流傳給應用程式;
10). 目的主機收到了自源主機發來的位元組流,就像直接從源主機發來的一樣.

    2.struct sk_buff:

    如果說net_device是靜態地表徵核心一個"網路裝置",而不管是具體哪一種網路裝置或者說哪個PHY,類比於USB子系統的usb_device.而struct sk_buff則是流竄於核心網路子系統的動態"精靈",上述的資料流程便是每層對SKB的的裝拆封過程,其意義不亞於USB子系統的URB.核心網路子系統以SKB為核心,根據不同網路層的協議,對這個"核心精靈資料"有不同的操作集,如skb_put()、skb_push()等動作.

    2-1.skb的基本定義:

    skb的基本定義位於include/linux/skbbuff.h,包括其流竄過程的各網路層的協議頭、實際有效資料域及管理以及各網路層對應的不同的操作集.

    2-1-1.各網路層的協議頭:

    sk_buff結構體定義了3個協議頭對應網路協議的不同層次,這三個層次分別是傳輸層TCP/UDP(及ICMP和IGMP)協議頭、網路層協議頭和鏈路層協議頭.如下:

	sk_buff_data_t		transport_header;
	sk_buff_data_t		network_header;
	sk_buff_data_t		mac_header;

    2-1-2.實際有效資料域:

    當我們通過網路來傳輸資料時,比如是一個檔案,那麼這個檔案是我們的有效資料.這個檔案路由不同的網路層會被標識成某個網路層的資料包.比如說,對傳輸層而言,檔案及傳輸層的協議頭是其有效資料.skb中用資料緩衝區指標head、data、tail和end.如下:

	/* These elements must be at the end, see alloc_skb() for details.  */
	sk_buff_data_t		tail;
	sk_buff_data_t		end;
	unsigned char		*head,
				*data;

    head:指向記憶體已分配的用於承載網路資料緩衝區的起始地址;

    data:指向當前協議層有效資料的起始地址,這裡需要注意每個協議層的有效資料的含義並不一樣.如下:

傳輸層:使用者資料和傳輸層協議頭屬於有效資料;
網路層:使用者資料、傳輸層協議頭和網路層協議頭是其有效資料;
資料鏈路層:使用者資料、傳輸層協議頭、網路層協議頭和鏈路層頭部是其有效資料.

    因此,data指標將隨著各協議層的不同而相應移動.

    tail:指向當前協議層有效資料負載的結尾地址,與data指標相對應;

    end:指向記憶體分配的資料緩衝區的結尾,與head指標相對應.當skb被分配之後,end指標也就固定不變了.它還包含一個skb_shared_info結構體的空間,這個結構體存放分隔儲存的資料片段,即可以將資料包的有效資料分成幾片儲存在不同的記憶體空間中.

    head、data、tail和end的分佈圖如下:

    2-1-3.skb操作集:

    由上述2-1-2可知,路由各層協議時,需要不斷地裝拆封skb,操作集主要包括skb的分配和釋放、head,data,tail,end指標在不同協議層的移動等動作.詳細可參看宋寶華<<Linux裝置驅動開發詳解>>網路裝置驅動章節.