Linux怎么接受数据包

网卡把数据写入内存，内核通过 NAPI 取出数据，再经过链路层、IP 层、TCP/UDP 层逐层解封装，最后放入 Socket 接收缓冲区并唤醒应用。

一、完整流程

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网线、光纤或无线信号
→ 网卡
→ DMA
→ RX Ring Buffer
→ 硬件中断
→ NAPI + 软中断
→ 网卡驱动取包
→ sk_buff
→ 网络接口层
→ IP层
→ TCP/UDP层
→ Socket接收缓冲区
→ recv()
→ 用户程序

这正是文章给出的 Linux 收包主线。

1. 网卡接收到数据帧

网卡收到的不是一段单纯的应用数据，而是一个完整的数据帧：

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| 以太网头 | IP头 | TCP头 | 应用数据 | FCS |

网卡首先进行一些硬件处理，例如：

判断目标 MAC 是否应该接收

校验以太网帧

进行校验和卸载

根据 RSS 选择接收队列

将数据写入对应缓冲区

驱动初始化网卡时，已经创建了 RX Ring。Ring 中的描述符大致记录：

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这个接收缓冲区在哪块内存
这个缓冲区能够存放多少数据
当前是否已经被网卡使用

2. 通过 DMA 写入内存

网卡通常不会让 CPU 逐字节复制数据，而是通过 DMA 把数据直接写入驱动预先准备的内存：

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网卡
→ DMA
→ 内存中的接收缓冲区

写完以后，网卡更新 RX Ring 中的描述符，例如标记：

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这个位置已经收到一个长度为 1500 字节的帧

因此，RX Ring 本身主要是描述符组成的环形队列，真正的数据通常位于描述符指向的内存页或缓冲区中。文章将其概括为"网卡通过 DMA 把网络包写入 Ring Buffer"。

3. 网卡触发硬件中断

数据已经进入内存，但操作系统还不知道，于是网卡触发硬件中断：

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网卡 → CPU：有新的数据到了

CPU 暂停当前工作，找到该网卡注册的中断处理函数。

硬中断处理函数不会完整解析 TCP/IP，因为硬中断上下文应尽快结束。它主要完成：

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确认中断
→ 暂时屏蔽或抑制该队列的中断
→ 调用 napi_schedule()
→ 安排后续轮询处理

NAPI 是 Linux 网络栈使用的事件处理机制。设备先通过中断通知主机，主机再调度 NAPI，通过驱动的 poll 方法批量处理数据。

4. NAPI 和软中断批量取包

如果每收到一个包都产生一次完整中断，高流量时 CPU 会频繁进入硬中断，效率很低。

NAPI 采用：

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第一次有包：中断通知
后续一批包：主动轮询

典型过程是：

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硬中断
→ 调度 NET_RX_SOFTIRQ
→ 执行 NAPI poll
→ 从 RX Ring 批量读取多个数据包

NAPI 的 poll 方法有一个 budget，限制一次最多处理多少个接收包：

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还有包，并且达到 budget
→ 以后继续 poll，不立即恢复中断

所有包处理完毕
→ napi_complete_done()
→ 重新启用网卡中断

这种方式把多次硬中断合并成一次通知加批量处理。官方文档指出，NAPI 处理通常运行在软中断上下文，并且中断一般保持屏蔽到轮询完成。

文章把软中断处理统一描述成由 ksoftirqd 完成，这是便于理解的简化。实际软中断也可能在硬中断返回过程中直接执行；只有处理时间过长或任务积压时，才更可能交给 ksoftirqd。

5. 驱动构造 `sk_buff`

驱动从 RX Ring 取出描述符后，会把收到的数据交给 Linux 网络栈，并使用：

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struct sk_buff

也就是 skb 来描述它。

sk_buff 是 Linux 表示网络包的主要结构，但结构体本身主要保存元数据，真正的数据位于关联的内存缓冲区中。

概念上：

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sk_buff
├── 数据起始位置
├── 数据长度
├── 接收网卡
├── 协议类型
├── 校验和状态
└── 指向实际数据的指针

驱动可能调用类似：

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napi_gro_receive()
→ netif_receive_skb()

把 skb 交给上层网络协议栈。

这里还可能执行 GRO，将同一 TCP 流的多个小包暂时合并成一个较大的 skb，减少协议栈处理次数。

6. 网络接口层解析以太网帧

进入网络接口层后，内核检查：

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帧是否合法
目标 MAC 是否匹配
上层协议是什么

以太网头中的 EtherType 可以表示：

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0x0800 → IPv4
0x86DD → IPv6
0x0806 → ARP

确定是 IPv4 后，逻辑上剥离以太网头：

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接收前：
| MAC头 | IP头 | TCP头 | 数据 |

剥离后：
        | IP头 | TCP头 | 数据 |
        ↑
      skb->data

所谓"剥离"通常不需要复制全部数据，而是向后调整 skb->data 指针。文章正是用这个指针移动解释各层之间如何避免重复复制。

7. IP 层判断包往哪里走

IPv4 数据会进入类似下面的路径：

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ip_rcv()
→ Netfilter PRE_ROUTING
→ 路由判断

IP 层检查：

IP 版本和首部长度

IP 头校验和

数据包长度

目标 IP

分片是否需要重组

上层是 TCP、UDP 还是 ICMP

随后查询路由，判断数据包的归宿：

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目标是本机
→ 交给本机传输层

目标不是本机并允许转发
→ 进入 FORWARD 路径

没有路由或不允许转发
→ 丢弃

本机数据通常经过 PRE_ROUTING 和 LOCAL_IN；转发数据则经过 PRE_ROUTING、FORWARD 和 POST_ROUTING

8. TCP 根据四元组寻找 Socket

如果 IP 头中的协议字段是 TCP，内核把数据交给 TCP：

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ip_local_deliver()
→ tcp_v4_rcv()

对于已经建立的 TCP 连接，内核使用四元组查找 Socket：

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源 IP
源端口
目标 IP
目标端口

例如：

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客户端：10.0.0.10:53000
服务器：10.0.0.20:8080

对应的连接是：

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10.0.0.10:53000
→ 10.0.0.20:8080

TCP 接下来会：

校验 TCP 报文

检查序列号

丢弃重复数据

暂存乱序数据

重组连续字节流

处理 ACK

更新接收窗口

必要时发送 ACK

将数据加入 Socket 接收队列

文章将这一步概括为：传输层根据四元组找到对应 Socket，然后把数据放入 Socket 接收缓冲区

9. 如果收到的是 TCP 握手包

如果收到的是一个新的 SYN，而不是已有连接的数据：

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客户端 → 服务器：SYN

内核会根据目标 IP 和目标端口找到监听 Socket：

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0.0.0.0:8080

然后：

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创建半连接状态
→ 返回 SYN + ACK
→ 收到最终 ACK
→ 建立完整连接
→ 放入 accept 队列

应用调用：

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accept(listen_fd, ...);

就能取得这个已连接 Socket。后续数据包再通过四元组查找对应的连接 Socket

10. 数据进入 Socket 接收缓冲区

TCP 将整理好的数据加入：

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Socket Receive Buffer

此时数据已经从：

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以太网帧
→ IP 数据包
→ TCP 报文段
→ TCP 字节流

如果应用正在阻塞等待：

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recv(fd, buf, size, 0);

内核会唤醒这个进程。应用再次获得 CPU 后，将数据从 Socket 接收缓冲区复制到用户空间：

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内核 Socket 接收缓冲区
→ 用户程序 buffer

然后 recv() 返回实际读取的字节数。这是文章所说的接收路径中的一次主要数据复制

Linux怎么接受数据包

一、完整流程

1. 网卡接收到数据帧

2. 通过 DMA 写入内存

3. 网卡触发硬件中断

4. NAPI 和软中断批量取包

5. 驱动构造 sk_buff

6. 网络接口层解析以太网帧

7. IP 层判断包往哪里走

8. TCP 根据四元组寻找 Socket

9. 如果收到的是 TCP 握手包

10. 数据进入 Socket 接收缓冲区

5. 驱动构造 `sk_buff`