⽤户态协议栈
章节
为什么要实现⽤户态协议栈？
深⼊理解⽹络协议栈
⾛进Linux内核开发的第⼀步
加⼊开源组织，提升技术实⼒
1. ⽤户态协议栈
2. dpdk/netmap
3. c10M的问题，千万并发
客户端发送数据到服务器，服务器接收数据的步骤：
1. 从⽹卡copy到内核协议栈
2. 从内核协议栈copy到应⽤程序
提升系统的性能，降低瓶颈，我们可以设计⽤户态协议栈，实现零拷贝(直接从⽹卡copy到应⽤程序，减少了⼀次拷贝操作)
为了使⽹卡的数据，直接到达我们应⽤程序的⽅案：
1. mmap
2. pf_ring, libcap, raw_socket.
既然原⽣的socket可以实现抓取到链路层的数据，是因为⽹卡抓取到链路层的数据不代表是抓取到⽹卡中的数据，使⽤原⽣的soket也会经过两次拷贝，从⽹卡copy到内核协议栈，从内核协议栈copy到应⽤程序(只是此时不会经过tcp协议栈)
mmap把外设中的数据直接映射到内存中，有了mmap的映射，就有了实现直接抓取⽹卡数据，netmap就是这样实现的。
netmap与dpdk对⽐
netmap只是纯软件⽅式的开源框架，dpdk的使⽤场景，稳定性⽐netmap⼴
C10K->C10M
c10K的解决⽅案：
（1） 在没有epoll出现时：
select/poll
多线程/多进程
select/poll存在的问题：
数量(1. 所有io集合的数量; 2. 设置有少量的io会被触发，成为就绪状态)：⼀个select监控1024个fd
拷贝()：
多线程/多进程存在的问题：
内存：
（2） epoll的出现解决了的问题：
数量：所有io集合的数量，把所有需要的⽹络io放在⼀起，少量io会被触发程序就绪状态
拷贝: ⼀次⼀次添加到整个集合
数据结构：
把所有需要的⽹络io放在⼀起
少量io会就绪
tcpip协议pdfC10M的解决⽅案：
需要从以下⼏个⽅⾯来考虑
1. 内存
2. CPU
3. 磁盘
4. ⽹卡
5. 应⽤程序
6. 操作系统
⽹卡， NIC(network interface card）,netmap
nic是对⽹卡的⼀层软件级封装;
etho是nic针对物理⽹卡的实例化对象;
netmap由两部分组成：
1. 内核模块—>对nic⼦系统进⾏了扩展
2. 应⽤程序接⼝
⽤户态协议栈之TCPIP设计
⾸先抛出疑问：
1. 滑动窗⼝如何实现？
滑动窗⼝协议的基本原理就是在任意时刻，发送⽅都维持了⼀个连续的允许发送的帧的序号，称为发送窗⼝；同时，接收⽅也维持了⼀个连续的允许接收的帧的序号，称为接收窗⼝。发送窗⼝和接收窗⼝的序号的上下界不⼀定要⼀样，甚⾄⼤⼩也可以不同。不同的滑动窗⼝协议窗⼝⼤⼩⼀般不同。发送⽅窗⼝内的序列号代表了那些已经被发送，但是还没有被确认的帧，或者是那些可以被发送的帧。
简单的说就是发送端发送缓冲区中允许发送，但尚未发送的数据所组成的窗⼝；接收端中接收缓冲区允许接受数据组成的窗⼝；
2. sk_buff是什么？
sk_buff（socket buffer）结构是linux⽹络代码中重要的数据结构，它管理和控制接收或发送数据包的信息
参照wwwblogs/tzh36/p/5424564.html
3. TCP_NODELAY设置，抓包后是N个包？
启动TCP_NODELAY，就意味着禁⽤了Nagle算法，允许⼩包的发送。
对于关闭TCP_NODELAY，则是应⽤了Nagle算法。数据只有在写缓存中累积到⼀定量之后，才会被
发送出去，这样明显提⾼了⽹络利⽤率（实际传输数据payload与协议头的⽐例⼤⼤提⾼）。但是这⼜不可避免地增加了延时；与TCP delayed ack(延迟确认)这个特性结合，这个问题会更加显著，延时基本在40ms左右。当然这个问题只有在连续进⾏两次写操作的时候，才会暴露出来。
连续进⾏多次对⼩数据包的写操作，然后进⾏读操作
Nagle算法的基本定义是任意时刻，最多只能有⼀个未被确认的⼩段。 所谓“⼩段”，指的是⼩于MSS（max segment size）尺⼨的数据块，所谓“未被确认”，是指⼀个数据块发送出去后，没有收到对⽅发送的ACK确认该数据已收到。
参照：blog.csdn/lclwjl/article/details/80154565
4. Epoll 检测⽹络IO，⽔平触发与边沿触发如何判断？
边缘触发：当被监控的⽂件描述符上有可读写事件发⽣时，epoll_wait()会通知处理程序去读写。如果这次没有把数据全部读写完(如读写缓冲区太⼩)，那么下次调⽤epoll_wait()时，它不会通知你，也就是它只会通知你⼀次，直到该⽂件描述符上出现第⼆次可读写事件才会通知你
⽔平触发：当被监控的⽂件描述符上有可读写事件发⽣时，epoll_wait()会通知处理程序去读写。如果这次没有把数据⼀次性全部读写完(如读写缓冲区太⼩)，那么下次调⽤ epoll_wait()时，它还会通知你
在上没读写完的⽂件描述符上继续读写，当然如果你⼀直不去读写，它会⼀直通知你
5. 出现⼤量的close_wait如何解决？
close_wait产⽣的原因：接收到发送端发来的close，⽽迟迟未调⽤close向发送端发送fin包
解决办法：审查代码，在接收到发送端发来的close后合理的调⽤close
这也是发送端长时间处于fin_wait_2状态的根源
6. DDOS？
全称:Distributed Denial of Service(分布式拒绝服务攻击)
可以对源IP地址进⾏伪造，使正常的应⽤⽆法连接服务器
7. UDP⼴播？
udp单播: 点对点发送信息
udp⼴播: ⼀个点对所处局域⽹内的点发送消息，与单播不同点在于，地址是使⽤255.255.255.255，⼴播也需要指定端⼝号，本地⼴播信息是不会被路由器转发
udp多播：多播，也称为“组播”，将⽹络中同⼀业务类型主机进⾏了逻辑上的分组，进⾏数据收发的时候其数据仅仅在同⼀分组中进⾏，其他的主机没有加⼊此分组不能收发对应的数据
背景
1. 服务器做到百万级已经不是什么难点
2. ⼤连数据的介⼊，C10M的问题
3. 微内核概念的兴起
MAC地址是以太⽹产物
IP地址是⽹络层产物
端⼝是传输层产物
TCP状态迁移图
数据状态
发送端
1. 已发送并收到确认数据
2. 已发送但未收到确认数据
3. 允许发送但尚未发送的数据
4. 暂不被允许发送的数据
接收端
1. 已确认消息
2. 允许接收
3. 不允许接收
4. 接收未发送确认消息
⽤户态协议栈之协议栈的实现
物理层传输的是：光电信号
数据链路层传输的是：数字信号
⽹卡的作⽤：接收时将光电信号转换为数字信号，发送是吧数字信号转换为光电信号（a->d, d->a）mac地址只在局域⽹中有效，出了⼦⽹，mac地址就会更改
以太⽹的头部： 6字节⽬的地址+6字节源地址+2字节类型
struct ethhdr {
unsigned char h_dest[ETH_ALEN];
unsigned char h_source[ETH_ALEN];
unsigned short h_proto;
};
ip的头部：
struct iphdr {
unsigned char version;
unsigned char tos;
unsigned short tot_len;
unsigned short id;
unsigned short flag_off;
unsigned char ttl;
unsigned char protocol;
unsigned short check;
unsigned int saddr;
unsigned int daddr;
};
udp的头部：
struct udphdr {
unsigned short source;
unsigned short dest;
unsigned short len;
unsigned short check;
};
udp数据包：
struct udppkt {
struct ethhdr eh;
struct iphdr ip;
struct udphdr udp;
unsigned char body[0];  //柔性数组，sizeof(body)=0
};
MTU 最⼤传输单元
TTL(time to live) ⽣存时间，默认值是64，每经过⼀个路由器-1
柔性数组？及⽤在哪⾥？及怎么⽤？sizeof(柔性数组)= 0
柔性数组⽤在哪⾥？

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