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Linux TCP IP 协议栈分析.pdf
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详细说明： 目 录 目 录 ....................................................................................................................................... ii 图目录 .......................................................................................................................................... iv 表目录 ........................................................................................................................................ viii 前 言 ......................................................................................... ........................................... xiii 感 谢 .................................................................................................................................... xiv 第1 章 协议栈概述 ...................................................................................................................... 1 1.1 操作系统及网络协议介绍................................................................................................ 1 1.1.1 Linux操作系统架构简介 .......................................................................................... 1 1.1.2 网络协议发展介绍 .................................................................................................. 2 1.2 本书的组织和安排 .......................................................................................................... 4 1.2.1 基本的数据结构和计算机术语 ................................................................................ 5 1.2.2 图片风格演示.......................................................................................................... 6 1.2.3 本书的组织 ............................................................................................................. 7 第2章 系统初始化 ...................................................................................................................... 9 2.1 系统初始化流程简介 ....................................................................................................... 9 2.2 内核文件解读 ................................................................................................................ 13 2.2.1 ELF文件格式 ........................................................................................................ 13 2.2.2 Link Scripts知识 ................................................................................................... 15 2.2.3 Linux内核镜像研究 ............................................................................................... 16 2.3 中断及任务调度管理 ..................................................................................................... 23 2.3.1 中断及软中断模型 ................................................................................................ 23 2.3.2 各种语境下的切换 ................................................................................................ 32 2.3.3 内核下的同步与互斥 ............................................................................................. 33 2.3.4 各种异步手段........................................................................................................ 35 2.4 虚拟文件系统 ................................................................................................................ 37 2.5 网络协议栈各部分初始化.............................................................................................. 39 2.5.1 网络基础系统初始化 ............................................................................................. 40 2.5.2 网络内存管理........................................................................................................ 40 2.5.3 网络文件系统初始化 ............................................................................................. 48 2.5.4 网络协议初始化 .................................................................................................... 50 2.5.5 初步了解路由系统 ................................................................................................ 58 2.6 Linux设备管理 .............................................................................................................. 58 2.6.1 底层PCI模块的初始化 .......................................................................................... 60 2.6.2 网络设备接口初始化例程...................................................................................... 63 第3章 配置系统 ....................................................................................................................... 73 www.Linuxidc.com Linux2.6 协议栈源代码分析 第 iii 页 3.1 配置过程分析 ................................................................................................................ 73 3.1.1 配置是如何下达到内核的？ .................................................................................. 73 3.1.2 socket系统调用 .................................................................................................... 74 3.1.3 ioctl代码的实现 ..................................................................................................... 81 3.1.4 Loopback接口的配置过程 .................................................................................... 90 3.1.5 IP别名的实现 ........................................................................................................ 92 3.2 回顾FIB系统初始化 ...................................................................................................... 96 3.3 深入FIB系统 ................................................................................................................. 99 3.4 FIB系统发生了什么样的变化 ...................................................................................... 108 3.5 直接访问路由表 .......................................................................................................... 122 3.6 接口状态变化的处理过程............................................................................................ 124 第4章 网络层实现的初步研究................................................................................................ 127 4.1 从Ping 127.0.0.1 开始旅程 ......................................................................................... 127 4.2 再次相遇Socket系统调用 ........................................................................................... 129 4.3 IP数据报文格式 .......................................................................................................... 129 4.4 send系统调用 ............................................................................................................. 130 4.5 在路由系统中游历 ...................................................................................................... 135 4.5.1 查找出口 ............................................................................................................. 135 4.5.2 当目的地址是远端主机时.................................................................................... 146 4.5.3 创建对应路由cache表项 ..................................................................................... 147 4.5.4 创建对应邻居表项 .............................................................................................. 151 4.6 回到发送的路径 .......................................................................................................... 156 4.7 ARP的作用 ................................................................................................................. 165 4.7.1 ARP的机制 ......................................................................................................... 166 4.7.2 ARP报文格式...................................................................................................... 166 4.7.3 Linux ARP协议的实现 ........................................................................................ 167 4.8 到达设备驱动层 .......................................................................................................... 180 4.8.1 数据链路层帧格式 .............................................................................................. 180 4.8.2 Loopback设备的发送过程 .................................................................................. 183 4.9 从中断到路由系统 ...................................................................................................... 184 4.10 ICMP........................................................................................................................... 198 4.10.1 ICMP报文格式 .................................................................................................... 199 4.10.2 ping本机地址及回环地址 .................................................................................... 200 4.10.3 ping外部地址 ...................................................................................................... 202 4.11 从内核到用户 .............................................................................................................. 207 第5章 传输层实现的研究 ....................................................................................................... 211 5.1 进一步到UDP ..............................................................................................................211 5.1.1 UDP用户代码 ......................................................................................................211 5.1.2 UDP数据报文格式 .............................................................................................. 212 www.Linuxidc.com Linux2.6 协议栈源代码分析 第 iv 页 5.1.3 服务器端bind的实现 ........................................................................................... 212 5.1.4 接收代码 ............................................................................................................. 217 5.1.5 释放UDP的socket .............................................................................................. 219 5.2 更高阶的TCP .............................................................................................................. 221 5.2.1 TCP用户代码 ...................................................................................................... 221 5.2.2 TCP数据报文格式 .............................................................................................. 222 5.2.3 TCP栈及socket的初始化 .................................................................................... 223 5.2.4 服务器端bind和listen的实现 ............................................................................... 225 5.2.5 服务器端accept的实现 ....................................................................................... 230 5.2.6 客户端connect的实现——发起三次握手 ............................................................ 232 5.2.7 TCP报文的接收 .................................................................................................. 240 5.2.8 3 次握手的实现 ................................................................................................... 245 5.2.9 内核收到报文转到用户态.................................................................................... 247 5.2.10 释放TCP的socket............................................................................................... 252 5.3 TCP拥塞控制 .............................................................................................................. 256 5.3.1 TCP拥塞控制机制介绍 ....................................................................................... 257 5.3.2 Linux内核拥塞控制功能的实现 ........................................................................... 259 第6章 Select的实现机制 ....................................................................................................... 261 6.1.1 用户如何使用select？ ......................................................................................... 262 6.1.2 Select的内核实现 ............................................................................................... 263 第7章 2层功能 ....................................................................................................................... 268 7.1 基本的 2 层知识 .......................................................................................................... 268 7.2 Linux桥实现的基本框架 .............................................................................................. 268 7.3 VLAN .......................................................................................................................... 269 7.3.1 VLAN概念 ........................................................................................................... 269 7.3.2 Linux下VLAN——存在巨大的缺陷 ..................................................................... 270 7.4 LACP协议 ................................................................................................................... 276 7.4.1 LACP简介 ........................................................................................................... 276 7.4.2 LACP在Linux中的实现 ....................................................................................... 278 后 记 ................................................................................................................................... 284 参考文献 ................................................................................................................................... 285 ...展开收缩
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