本文將介紹網路連線建立的過程、收發包流程，以及其中應用層、tcp層、ip層、裝置層和驅動層各層發揮的作用。
應用層
對於使用socket進行網路連線的伺服器端程式，我們會先呼叫socket函式建立乙個套接字：
fd = socket(af_inet, sock_stream, 0);
以上指定了連線協議，socket呼叫返回乙個檔案控制代碼，與socket檔案對應的inode不在磁碟上，而是存在於記憶體。
之後我們指定監聽的埠、允許與哪些ip建立連線，並呼叫bind完成埠繫結：
server_addr.sin_family = af_inet;
server_addr.sin_port = htons(port);
server_addr.sin_addr.s_addr = inaddr_any;
bind(fd, (struct sockaddr_in *)&server_addr, sizeof(struct sockaddr_in));
埠作為程序的標識，客戶端根據伺服器ip和埠號就能找到相應程序。
接著我們呼叫listen函式，對埠進行監聽：
listen(fd, backlog);
backlog值指定了監聽佇列的長度，以下核心引數限制了backlog可設定的最大值：
linux # sysctl -a | grep somaxconn
net.core.somaxconn = 128
監聽埠在listen呼叫後變為listen狀態：
linux # netstat -antp | grep 9999
proto recv-q send-q local address foreign address state pid/program name
tcp 0 0 0.0.0.0:9999 0.0.0.0:* listen 8709/server
相應地，客戶端呼叫connect進行連線，tcp三次握手在connect呼叫返回之前完成：
如果伺服器端向客戶端傳送syn＋ack後，客戶端不返回ack，則伺服器保持半連線(syn_recv)狀態：
linux # netstat -np | grep syn_recv
tcp 0 0 0.0.0.0:9999 127.0.0.0.1:5334 syn_recv -
若佇列中的連線均處於半連線狀態，伺服器將不能處理正常的請求，syn泛洪攻擊(syn flood)就是利用這個特點完成dos(拒絕服務攻擊)。
當連線數超過佇列長度backlog時，超出的連線也保持為半連線狀態，直到數量達到核心引數tcp_max_syn_backlog值，超出該值的連線請求將被丟棄：
linux # sysctl -a | grep tcp_max_syn
net.ipv4.tcp_max_syn_backlog = 1024
accept呼叫用於處理新到來的連線：
new_fd = accept(fd, (struct sockaddr*)&client_addr, &sin_size);
其返回乙個檔案描述符，後續我們可以對該檔案描述符呼叫write、read等操作函式，原監聽埠仍處於listen狀態：
linux # netstat -antp | grep 9999
tcp 0 0 0.0.0.0:9999 0.0.0.0:* listen 8709/server
tcp 0 0 127.0.0.1:9999 127.0.0.1:52274 established -
以上為網路連線建立過程中，應用層所做的工作，server端完成了socket建立、埠繫結、埠監聽、連線和收發包任務，而client端相對簡單，只需包含連線和收發包。
tcp層
核心**中，tcp_sendmsg是tcp發包的主入口函式，該函式中struct sk_buff結構用於描述乙個資料報。
對於超過mtu(maximum transmission unit, 最大傳輸單元)的資料報，tcp層會對資料報進行拆分，若開啟了網口的tcp segmentation offload功能，則拆分工作由網絡卡完成：
linux # ethtool -k ether
offload parameters for eth1:
rx-checksumming: on
tx-checksumming: on
scatter-gather: on
tcp segmentation offload: on
以下核心引數是核心為tcp socket預留的用於傳送資料報的緩衝區大小，單位為byte：
linux # sysctl -a | grep tcp_wmem
net.ipv4.tcp_wmem = 4096 16384 131072
預設的用於包傳送的緩衝區大小為16m。
除了用於緩衝收發資料報，對於每個socket，核心還要分配一些資料結構用於保持連線狀態，核心對tcp層可使用的記憶體大小進行了限制：
linux # sysctl -a | grep tcp_mem
net.ipv4.tcp_mem = 196608 262144 393216
以上值以頁為單位，分別對應最小值、壓力值和最大值，並在系統啟動、tcp棧初始化時根據記憶體總量設定。通過proc提供的介面，我們可以查到tcp已用的記憶體頁數：
linux # cat /proc/net/sockstat
sockets : used 91
tcp : inuse 8 orphan 0 tw 11 alloc 13 mem 2
ip層
核心**中，ip_queue_xmit函式是ip層的主入口函式，注意ip層與tcp層操作的都是同一塊記憶體(sk_buff結構)，期間並沒有發生資料報相關的記憶體拷貝。
ip層主要完成查詢路由的任務，其根據路由表配置，決定資料報發往哪個網口，另外，該層實現netfilter的功能。
網路裝置層
dev_queue_xmit是網路裝置層的主入口函式，該層為每個網口維護一條資料報佇列，由ip層下發的資料報放入對應網口的佇列中。在該層中，資料報不是直接交給網絡卡，而是先緩衝起來，再通過軟中斷(net_tx_softirq)呼叫qdisc_run函式，該函式將資料報進一步交由網絡卡處理。我們執行ifconfig時，txqueuelen指示了網路裝置層中，網口佇列的長度。
驅動層
使用不同驅動的網絡卡，相應的驅動層**就不一樣，這裡以e1000網絡卡為例。e1000_xmit_frame是該層的主入口函式，該層利用環形佇列進行資料報管理，由兩個指標負責維護環形佇列。執行ethtool命令，我們可以查詢網口驅動層環形佇列長度：
linux # ethtool -g eth1
ring parameters for ether
pre-set maximums:
rx : 511
rx mini : 0
rx jumbo : 0
tx : 511
current hardware settings:
rx : 200
rx mini : 0
rx jumbo : 0
tx : 511
以上rx與tx分別指示收包佇列與發包佇列長度，單位為包個數。
網絡卡接收到資料報時將產生中斷，以通知cpu資料報到來的訊息，而網絡卡接收包又非常繁忙，如果每次收發包都向cpu傳送硬中斷，那cpu將忙於處理網絡卡中斷。
相應的優化方案是napi(new api)模式，其關閉網絡卡硬中斷，使網絡卡不傳送中斷，而非使cpu不接收網絡卡中斷。在e1000驅動**中，由e1000_clean函式實現napi模式。
不像寫檔案的過程，磁碟裝置層完成記憶體資料到磁碟拷貝後，會將訊息層層上報，這裡的網絡卡驅動層發包後不會往上層傳送通知訊息。
收包過程
以上為網路發包所需經過的層次結構，以及各層的大體功能，下面我們簡單看下收包過程。
網絡卡接收到資料報後，通知上層，該過程不會發生拷貝，資料報丟給ip層。
核心**中，ip_rcv是ip層收包的主入口函式，該函式由軟中斷呼叫。存放資料報的sk_buff結構包含有目的地ip和埠資訊，此時ip層進行檢查，如果目的地ip不是本機，則將包丟棄，如果配置了netfilter，則按照配置規則對包進行**。
tcp_v4_rcv是tcp層收包的接收入口，其呼叫__inet_lookup_skb函式查到資料報需要往哪個socket傳送，之後將資料報放入tcp層收包佇列中，如果應用層有read之類的函式呼叫，佇列中的包將被取出。
linux # sysctl -a | grep rmem
net.ipv4.tcp_rmem = 4096 16384 131072
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