Android 7系统网络（一）全景图与调用链路概览

系列目录 ：第一篇：全景图与调用链路概览 | 第二篇：内核层---netfilter/iptables与路由策略 | 第三篇：Native层(上)---netd守护进程与CommandListener | 第四篇：Native层(下)---netd Controller详解 | 第五篇：Framework层(上)---ConnectivityService核心机制 | 第六篇：Framework层(下)---NMS/NPMS/NSS三大服务 | 第七篇：连接建立---WiFi/移动数据/以太网完整流程 | 第八篇：应用API层---ConnectivityManager使用与实战调试

一、为什么要系统学习 Android 网络模块

每个 Android 开发者都写过 HttpURLConnection.connect()，当这个调用没有按预期返回数据时，问题可能出在哪一层？是 DNS 解析被 netd 代理拦截了？是 netfilter 防火墙规则丢弃了包？还是 ConnectivityService 错误地切换了默认网络？

网络是 Android 设备最核心的能力之一。从应用发起一个 HTTP 请求，到数据包从 WiFi 或 4G 接口发出，中间经过了 Linux 内核协议栈、netd 守护进程、Framework 层的多个服务、以及各类网络代理------每一步都可能成为问题排查的关键环节。

当遇到以下问题时，仅凭 Google 搜索是远远不够的：

"WiFi 已连接但无法上网"：是 DNS 解析失败？是路由表配置错误？还是 netfilter 防火墙规则阻止了流量？
"WiFi 切换到移动数据太慢"：ConnectivityService 的评分机制是怎么判断的？NetworkAgent 的注册和注销流程是什么？
"VPN 连上后网络断了"：netd 的 RouteController 如何管理 fwmark？多网络并存时路由策略如何协调？
"热点共享失败"：TetherController 的 NAT 转发规则是怎么生成的？接口桥接和 DHCP 配置在哪个环节？

本系列以 AOSP 7（android-7.1.2_r36） 为基准，带你从 Linux 内核一路走到 Android 应用 API，逐层拆解 Android 网络子系统。

二、宏观架构：五层模型

Android 网络系统可以用一个清晰的五层模型来描述：

复制代码

┌─────────────────────────────────────────────────────────────┐
│ 应用 API 层                                                  │
│   ConnectivityManager  /  WifiManager  /  NetworkRequest     │
│   NetworkCallback  /  bindProcessToNetwork()                 │
├─────────────────────────────────────────────────────────────┤
│ 网络代理层 (NetworkAgent)                                    │
│   WifiStateMachine     → WiFi 连接的代理                     │
│   DataConnection       → 移动数据的代理                      │
│   EthernetNetworkFactory → 以太网的代理                      │
├─────────────────────────────────────────────────────────────┤
│ Framework 服务层                                             │
│   ConnectivityService        → 网络连接状态机、评分与切换     │
│   NetworkManagementService   → 与 netd 通信、接口管理        │
│   NetworkPolicyManagerService → 网络策略（省电/流量限制）     │
│   NetworkStatsService        → 按 UID/接口 统计流量          │
├─────────────────────────────────────────────────────────────┤
│ Native 守护进程层                                            │
│   netd (Network Daemon)                                      │
│     ├── CommandListener      → 接收并分发 Framework 层命令   │
│     ├── NetlinkManager       → 监听内核 netlink 事件         │
│     ├── DnsProxyListener     → DNS 代理（拦截所有 DNS 请求） │
│     ├── NetworkController    → 接口管理                      │
│     ├── RouteController      → 路由表与 fwmark 策略          │
│     ├── FirewallController   → 基于 UID 的 iptables 防火墙   │
│     ├── BandwidthController  → 带宽控制                      │
│     ├── TetherController     → USB/WiFi 网络共享             │
│     ├── IdletimerController  → 接口空闲检测                  │
│     └── SoftapController     → WiFi 热点管理                 │
├─────────────────────────────────────────────────────────────┤
│ 内核层                                                       │
│   Linux netfilter/iptables  /  路由表 / fwmark               │
│   网络设备驱动 (wlan0 / rmnet0 / eth0 / tun0)                │
└─────────────────────────────────────────────────────────────┘

三、核心组件速览

3.1 netd --- 网络管理守护进程

netd 是 Android 网络管理的枢纽，位于 Framework 和内核之间：

向下通过 NetlinkManager 监听内核 UEvent 事件（接口插拔、链路状态等）
向上通过 CommandListener 接收来自 NetworkManagementService 的命令
内部通过各类 Controller 操作 iptables、路由表、DNS 配置等
为应用提供 DNS 代理服务（DnsProxyListener）

源码路径 ：system/core/rootdir/init.rc

bash 复制代码

service netd /system/bin/netd
    class main
    socket netd stream 0660 root system
    socket dnsproxyd stream 0660 root inet
    socket mdns stream 0660 root system
    socket fwmarkd stream 0660 root inet

关键设计 ：netd 通过四个独立的 Socket 实现职责分离------控制命令、DNS 代理、服务发现、fwmark 各走各的通道，互不干扰。Framework 层通过 netd socket 下发命令，所有应用的 DNS 查询则统一走 dnsproxyd socket。

四个 Socket 各司其职：

Socket	类型	权限	用途
netd	stream	0660 root system	Framework 层控制命令通道
dnsproxyd	stream	0660 root inet	DNS 代理，所有进程的 DNS 查询都走这里
mdns	stream	0660 root system	多播 DNS 服务发现
fwmarkd	stream	0660 root inet	fwmark 命令通道

3.2 ConnectivityService --- 网络总调度

ConnectivityService 是 Framework 层的网络状态机，负责：

管理所有 NetworkAgent（WiFi、移动数据、以太网等）
根据 NetworkFactory 的评分决定使用哪个网络
处理 NetworkRequest（应用请求网络）
协调多网络并存时的路由策略
发送 CONNECTIVITY_ACTION 广播通知应用

源码路径 ：frameworks/base/services/core/java/com/android/server/ConnectivityService.java

3.3 NetworkManagementService --- netd 通信桥梁

NetworkManagementService 通过 NativeDaemonConnector 与 netd 的 CommandListener 通信，封装了所有 netd 命令的发送和响应解析。

源码路径 ：frameworks/base/services/core/java/com/android/server/NetworkManagementService.java

3.4 NetworkAgent / NetworkFactory --- 网络代理模式

每种网络类型都有自己的 NetworkFactory（工厂）和 NetworkAgent（代理）：

WifiStateMachine：既是 WiFi 的状态机，也是一个 NetworkAgent
DataConnection（telephony）：移动数据的连接，注册为 NetworkAgent
EthernetNetworkFactory：以太网的工厂 + 代理

源码路径：

frameworks/base/core/java/android/net/NetworkAgent.java
frameworks/base/core/java/android/net/NetworkFactory.java

四、一条 HTTP 请求的完整旅程

以应用发起 HttpURLConnection.connect() 为例，跟踪数据包的完整路径：

复制代码

T0: APP 调用 URL.openConnection()
    → HttpURLConnection.connect()
    → 创建 Socket

T1: Socket 连接
    → 查询 DNS：getaddrinfo()
    → 通过 /dev/socket/dnsproxyd 转发到 netd 的 DnsProxyListener
    → netd 查询上游 DNS 服务器

T2: TCP 三次握手
    → Socket.connect()
    → 内核 TCP 协议栈
    → netfilter OUTPUT 链（防火墙检查）
    → netfilter POSTROUTING 链（NAT 转换）
    → 路由表查询（fwmark 选择正确的路由表）
    → 网卡驱动发送 (wlan0 / rmnet_data0)

T3: HTTP 请求发送
    → write(request)
    → 同上路径

T4: HTTP 响应接收
    → 网卡驱动接收
    → netfilter PREROUTING 链
    → TCP 协议栈 → Socket → APP

T5: 连接关闭
    → Socket.close()

关键路径：注意 DNS 查询（T1）和路由选择（T2）是两个最关键的决策点------DNS 决定"往哪去"，路由表决定"从哪走"，两者共同决定了数据包的最终出口。

五、多网络并存的挑战

Android 的一大特色是多网络并存：WiFi 连着、移动数据也连着、VPN 也连着，它们如何协调？

关键在于 netId + fwmark + 策略路由 的组合（以下为概念示意，具体实现见第四篇 RouteController 详解）：

复制代码

netId=100 (WiFi)     → 路由表 100  → 默认走 wlan0
netId=101 (移动数据)  → 路由表 101  → 默认走 rmnet_data0
netId=102 (VPN)      → 路由表 102  → 默认走 tun0

每个 Socket 创建时会根据绑定规则获得一个 fwmark，内核根据 fwmark 查找对应的策略路由表：

复制代码

Socket → fwmark=0x00030064 (netId=100)
       → 策略路由规则 → 查找路由表 100
       → 默认路由指向 wlan0

关键设计：fwmark 是 Socket 的"网络身份证"------内核根据它决定查询哪张路由表，从而实现多网络并存时的流量隔离，避免 WiFi 和移动数据的路由互相干扰。

ConnectivityService 在切换默认网络时，会更新全局 fwmark 和路由，确保未绑定到特定网络的应用走正确的出口。

六、关键源码文件索引

以下表格按模块汇总了本系列涉及的核心源码文件，方便读者在阅读后续各篇时快速定位：

netd 守护进程

文件	说明
`system/netd/server/main.cpp`	netd 入口
`system/netd/server/CommandListener.cpp`	命令监听与分发
`system/netd/server/NetlinkManager.cpp`	内核事件监听
`system/netd/server/NetworkController.cpp`	接口管理
`system/netd/server/RouteController.cpp`	路由策略
`system/netd/server/DnsProxyListener.cpp`	DNS 代理
`system/netd/server/ResolverController.cpp`	DNS 解析器
`system/netd/server/FirewallController.cpp`	防火墙
`system/netd/server/BandwidthController.cpp`	带宽控制
`system/netd/server/TetherController.cpp`	网络共享
`system/netd/server/SoftapController.cpp`	WiFi 热点
`system/netd/server/IdletimerController.cpp`	空闲检测

Framework 层

文件	说明
`frameworks/base/services/core/java/com/android/server/ConnectivityService.java`	网络总调度
`frameworks/base/services/core/java/com/android/server/NetworkManagementService.java`	netd 通信桥梁
`frameworks/base/services/core/java/com/android/server/net/NetworkPolicyManagerService.java`	网络策略
`frameworks/base/services/core/java/com/android/server/net/NetworkStatsService.java`	流量统计
`frameworks/base/services/core/java/com/android/server/NativeDaemonConnector.java`	与 netd 的命令通信协议

NetworkAgent / 网络类型

文件	说明
`frameworks/base/core/java/android/net/NetworkAgent.java`	网络代理基类
`frameworks/base/core/java/android/net/NetworkFactory.java`	网络工厂基类
`frameworks/opt/net/wifi/service/java/com/android/server/wifi/WifiStateMachine.java`	WiFi 状态机

应用 API

文件	说明
`frameworks/base/core/java/android/net/ConnectivityManager.java`	应用网络 API
`frameworks/base/core/java/android/net/NetworkRequest.java`	网络请求构建
`frameworks/base/core/java/android/net/Network.java`	网络连接句柄

七、本篇总结

本篇建立了 Android 7 网络子系统的五层全景图（内核 → netd → Framework → NetworkAgent → 应用 API），并跟踪了一条 HTTP 请求在各层之间穿行的完整路径。核心结论：

关键理解：netd 是网络控制的中枢------Framework 层的所有网络策略（防火墙、带宽、路由、DNS）最终都通过 netd 的 Controller 落地为 iptables 规则和路由表条目。理解 netd，就理解了 Android 网络的"操作系统"。

从下一篇开始，我们将从内核层逐层向上拆解，首先深入 netfilter/iptables 和 fwmark 策略路由机制。

八、各篇预告

篇目	聚焦
第二篇	内核层：netfilter/iptables、fwmark、路由策略
第三篇	netd 启动、四个 Socket、CommandListener、NetlinkManager
第四篇	八个 Controller 逐一详解
第五篇	ConnectivityService 评分机制、网络切换
第六篇	NMS/NPMS/NSS 三大服务：防火墙、策略、统计
第七篇	WiFi/移动数据/以太网三种网络建立的完整源码流程
第八篇	实战调试：dumpsys/ndc/tcpdump + 6 个典型问题分析