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Linux内核源码剖析

Linux内核源码剖析
TCP_IP实现(上册)

樊东东,莫澜
Linux TCP/IP
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读者:  
Linux内核源码剖析 TCP/IP实现详细论述了linux内核2.6.20版本中tcp/ip的实现。书中给出了大量的源代码,通过对源代码的详细注释,帮助读者掌握tcp/ip的实现。本书根据协议栈层次,从驱动层逐步论述到传输层,包括驱动的实现、接口层的输入输出、ip层的输入输出以及ip选项的处理、邻居子系统、路由、套接口及传输层等内容,全书基本涵盖了网络体系架构全部的知识点。特别是tcp,包括tcp连接的建立和终止、输入与输出,以及拥塞控制的实现。
   本书适用于熟悉linux的基本使用方法,对linux内核工作原理以及网络知识有一定的了解,而又极想更深入理解各个机制在linux中的具体实现的用户,包括应用程序员和嵌入式程序员,以及网络管理员等。相关专业的科研人员在工作中遇到问题时,也可以查阅本书,理解相关内核部分的实现。此外,计算机相关专业的本科高年级学生和研究生,在学习相关课程(如操作系统、计算机网络等)时,可将本书作为辅助教程,与理论相结合以便更好地理解相应的知识点。

前言    2
第1章 预备知识 1   
1.1 应用层配置诊断工具 2   
1.1.1 iputils 2   
1.1.2 net-tools 2   
1.1.3 iproute2 2   
1.2 内核空间与用户空间的接口 2   
1.2.1 procfs 2   
1.2.2 sysctl(/proc/sys目录) 4   
1.2.3 sysfs(/sys文件系统) 5   
1.2.4 ioctl系统调用 6   
1.2.5 netlink套接口 6   
1.3 网络I/O加速 6   
1.3.1 TSO/GSO 7   
1.3.2 I/O AT 8   
1.4 其他 8   
1.4.1 slab分配器 9   
1.4.2 RCU 9   
第2章 网络体系结构概述 10   
2.1 引言 10   
2.2 协议简介 10   
2.3 网络架构 11   
2.4 系统调用接口 11   
2.5 协议无关接口 12   
2.6 传输层协议 12   
2.7 套接口缓存 13   
2.8 设备无关接口 14   
2.9 设备驱动程序 14   
2.10 网络模块源代码组织 14   
第3章 套接口缓存 15   
3.1 引言 15   
3.2 sk_buff结构 15   
3.2.1 网络参数和内核数据结构 16   
3.2.2 SKB组织相关的变量 19   
3.2.3 数据存储相关的变量 20   
3.2.4 通用的成员变量 21   
3.2.5 标志性变量 24   
3.2.6 特性相关的成员变量 25   
3.3 skb_shared_info结构 25   
3.3.1 “零拷贝”技术 25   
3.3.2 对聚合分散I/O数据的支持 27   
3.3.3 对GSO的支持 30   
3.3.4 访问skb_shared_info结构 31   
3.4 管理函数 31   
3.4.1 SKB的缓存池 31   
3.4.2 分配SKB 32   
3.4.3 释放SKB 34   
3.4.4 数据预留和对齐 36   
3.4.5 克隆和复制SKB 38   
3.4.6 链表管理函数 42   
3.4.7 添加或删除尾部数据 42   
3.4.8 拆分数据:skb_split() 44   
3.4.9 重新分配SKB的线性数据区:pskb_expand_head() 46   
3.4.10 其他函数 46   
第4章 网络模块初始化 48   
4.1 引言 48   
4.2 网络模块初始化顺序 48   
4.3 优化基于宏的标记 49   
4.4 网络设备处理层初始化 52   
第5章 网络设备 55   
5.1 PCI设备 55   
5.1.1 PCI驱动程序相关结构 55   
5.1.2 注册PCI驱动程序 57   
5.2 与网络设备有关的数据结构 59   
5.2.1 net_device结构 59   
5.2.2 网络设备有关结构的组织 71   
5.2.3 相关函数 72   
5.3 网络设备的注册 73   
5.3.1 设备注册的时机 73   
5.3.2 分配net_device结构空间 73   
5.3.3 网络设备注册过程 75   
5.3.4 注册设备的状态迁移 79   
5.3.5 设备注册状态通知 79   
5.3.6 引用计数 80   
5.4 网络设备的注销 80   
5.4.1 设备注销的时机 80   
5.4.2 网络设备注销过程 81   
5.5 网络设备的启用 86   
5.6 网络设备的禁用 88   
5.7 与电源管理交互 89   
5.7.1 挂起设备 90   
5.7.2 唤醒设备 90   
5.8 侦测连接状态改变 91   
5.8.1 调度处理连接状态改变事件 91   
5.8.2 linkwatch标志 95   
5.9 从用户空间配置设备相关信息 95   
5.9.1 ethtool 95   
5.9.2 媒体独立接口 97   
5.10 虚拟网络设备 97   
第6章 IP编址 99   
6.1 接口和IP地址 99   
6.1.1 主IP地址、从属IP地址和IP别名 99   
6.1.2 IP地址的组织 99   
6.1.3 in_device结构 100   
6.1.4 in_ifaddr结构 101   
6.2 函数 102   
6.2.1 inetdev_init() 102   
6.2.2 inetdev_destroy() 104   
6.2.3 inet_select_addr() 104   
6.2.4 inet_confirm_addr() 106   
6.2.5 inet_addr_onlink() 107   
6.2.6 inetdev_by_index() 107   
6.2.7 inet_ifa_byprefix() 108   
6.2.8 inet_abc_len() 108   
6.3 IP地址的设置 109   
6.3.1 netlink接口 109   
6.3.2 inet_insert_ifa() 111   
6.3.3 inet_del_ifa() 112   
6.4 ioctl 115   
6.5 inetaddr_chain通知链 121   
第7章 接口层的输入 122   
7.1 系统参数 122   
7.2 接口层的ioctl 123   
7.2.1 SIOCxIFxxx类命令 123   
7.2.2 SIOCETHTOOL 126   
7.2.3 私有命令 127   
7.3 初始化 127   
7.4 softnet_data结构 128   
7.5 NAPI方式 130   
7.5.1 网络设备中断例程 131   
7.5.2 网络输入软中断 131   
7.5.3 轮询处理 133   
7.6 非NAPI方式 134   
7.7 接口层输入报文的处理 137   
7.7.1 报文接收例程 137   
7.7.2 netif_receive_skb() 138   
7.7.3 dev_queue_xmit_nit() 141   
7.8 响应CPU状态的变化 142   
7.9 netpoll 143   
7.9.1 netpoll相关结构 143   
7.9.2 注册netpoll实例 145   
7.9.3 netpoll的输入 148   
7.9.4 netpoll的输出 156   
7.9.5 tx_work工作队列 159   
7.9.6 netpoll实例:netconsole 160   
第8章 接口层的输出 163   
8.1 输出接口 163   
8.1.1 dev_queue_xmit() 163   
8.1.2 dev_hard_start_xmit() 167   
8.1.3 e100的输出接口:e100_xmit_frame() 168   
8.2 网络输出软中断 168   
8.2.1 netif_schedule() 168   
8.2.2 net_tx_action() 169   
8.3 网络设备不支持GSO时的处理 170   
8.3.1 dev_gso_cb私有控制块 171   
8.3.2 dev_gso_segment() 171   
8.3.3 skb_gso_segment() 172   
第9章 流量控制 174   
9.1 通过流量控制后输出 174   
9.1.1 dev_queue_xmit() 175   
9.1.2 qdisc_restart() 176   
9.2 构成流量控制的三种元素 178   
9.2.1 排队规则 179   
9.2.2 类 186   
9.2.3 过滤器 189   
9.3 默认的FIFO排队规则 192   
9.3.1 pfifo_fast_init() 194   
9.3.2 pfifo_fast_reset() 194   
9.3.3 pfifo_fast_enqueue() 194   
9.3.4 pfifo_fast_dequeue() 195   
9.3.5 pfifo_fast_requeue() 195   
9.4 netlink的tc接口 195   
9.5 排队规则的创建接口 197   
9.5.1 类的创建接口 201   
9.5.2 过滤器的创建接口 204   
第10章 Internet协议族 209   
10.1 net_proto_family结构 209   
10.2 inet_protosw结构 210   
10.3 net_protocol结构 212   
10.4 Internet协议族的初始化 214   
第11章 IP:网际协议 217   
11.1 引言 217   
11.1.1 IP首部 218   
11.1.2 IP数据报的输入与输出 219   
11.2 IP的私有信息控制块 220   
11.3 系统参数 220   
11.4 初始化 223   
11.5 IP层套接口选项 223   
11.6 ipv4_devconf结构 227   
11.7 套接口的错误队列 229   
11.7.1 添加ICMP差错信息 231   
11.7.2 添加由本地产生的差错信息 232   
11.7.3 读取错误信息 233   
11.8 报文控制信息 235   
11.8.1 IP控制信息块 235   
11.8.2 报文控制信息的输出 235   
11.8.3 报文控制信息的输入 236   
11.9 对端信息块 237   
11.9.1 系统参数 239   
11.9.2 对端信息块的创建和查找 239   
11.9.3 对端信息块的删除 241   
11.9.4 垃圾回收 242   
11.10 IP数据报的输入处理 244   
11.10.1 IP数据报输入到本地 247   
11.10.2 IP数据报的转发 249   
11.11 IP数据报的输出处理 253   
11.11.1 IP数据报输出到设备 253   
11.11.2 TCP输出的接口 255   
11.11.3 UDP输出的接口 261   
11.12 IP层对GSO的支持 275   
11.12.1 inet_gso_segment() 275   
11.12.2 inet_gso_send_check() 277   
第12章 IP选项处理 278   
12.1 IP选项 278   
12.1.1 选项列表的结束符 279   
12.1.2 空操作 279   
12.1.3 安全选项 279   
12.1.4 严格源路由选项 280   
12.1.5 宽松源路由选项 281   
12.1.6 记录路由选项 282   
12.1.7 流标识选项 282   
12.1.8 时间戳选项 283   
12.1.9 路由器警告选项 283   
12.2 ip_options结构 284   
12.3 在IP数据报中构建IP选项 285   
12.4 复制IP数据报中选项到指定的ip_options结构 286   
12.5 处理待发送IP分片中的选项 290   
12.6 解析IP选项 291   
12.7 还原在校验IP选项时修改的IP选项 297   
12.8 处理转发IP数据报中的IP选项 298   
12.9 处理IP数据报的源路由选项 299   
12.10 解析并处理IP首部中的IP选项 300   
12.11 路由警告选项的处理 301   
12.12 由控制信息生成IP选项信息块 302   
第13章 IP的分片与组装 303   
13.1 系统参数 303   
13.2 分片 303   
13.2.1 快速分片 306   
13.2.2 慢速分片 309   
13.3 组装 312   
13.3.1 ipq结构 312   
13.3.2 ipq散列表和链表的维护 315   
13.3.3 ipq散列表的重组 316   
13.3.4 超时IP分片的清除 317   
13.3.5 垃圾收集 318   
13.3.6 相关分片组装函数 319   
13.3.7 分片组装 327   
第14章 ICMP:Internet控制报文协议 330   
14.1 ICMP报文结构 330   
14.2 注册ICMP报文类型 330   
14.3 系统参数 330   
14.4 ICMP的初始化 332   
14.5 输入处理 333   
14.5.1 差错处理 337   
14.5.2 重定向处理 342   
14.5.3 请求回显 343   
14.5.4 时间戳请求 345   
14.5.5 地址掩码请求和应答 346   
14.6 输出处理 346   
14.6.1 发送ICMP报文 346   
14.6.2 发送回显应答和时间戳应答报文 350   
第15章 IP组播 353   
15.1 初始化 353   
15.2 虚拟接口 354   
15.2.1 虚拟接口的添加 355   
15.2.2 虚拟接口的删除:vif_delete() 358   
15.2.3 查找虚拟接口:ipmr_find_vif() 358   
15.3 组播转发缓存 358   
15.3.1 组播转发缓存的创建 361   
15.3.2 组播转发缓存的删除 361   
15.3.3 组播转发缓存的查找 361   
15.3.4 向组播路由守护进程发送报告 362   
15.4 临时组播转发缓存 364   
15.4.1 临时组播转发缓存队列 365   
15.4.2 创建临时组播转发缓存 365   
15.4.3 用于超时而删除临时组播转发缓存的定时器 367   
15.4.4 释放临时组播缓存项中保存的临时组播报文 368   
15.5 外部事件 369   
15.6 组播套接口选项 369   
15.6.1 IP_MULTICAST_TTL 369   
15.6.2 IP_MULTICAST_LOOP 370   
15.6.3 IP_MULTICAST_IF 370   
15.6.4 IP_ADD_MEMBERSHIP 372   
15.6.5 IP_DROP_MEMBERSHIP 372   
15.6.6 IP_MSFILTER 373   
15.6.7 IP_BLOCK_SOURCE和IP_UNBLOCK_SOURCE 375   
15.6.8 IP_ADD_SOURCE_MEMBERSHIP和IP_DROP_SOURCE_MEMBERSHIP 375   
15.6.9 MCAST_JOIN_GROUP 376   
15.6.10 MCAST_LEAVE_GROUP 377   
15.6.11 MCAST_BLOCK_SOURCE和   
MCAST_UNBLOCK_SOURCE 377   
15.6.12 MCAST_JOIN_SOURCE_GROUP和MCAST_LEAVE_SOURCE_GROUP 377   
15.6.13 MCAST_MSFILTER 378   
15.7 组播选路套接口选项 378   
15.7.1 MRT_INIT 379   
15.7.2 MRT_DONE 379   
15.7.3 MRT_ADD_VIF和MRT_DEL_VIF 380   
15.7.4 MRT_ADD_MFC和MRT_   
DEL_MFC 380   
15.7.5 MRT_ASSERT 380   
15.8 组播的ioctl 380   
15.8.1 SIOCGETVIFCNT 380   
15.8.2 SIOCGETSGCNT 380   
15.9 组播报文的输入 381   
15.10 组播报文的转发 383   
15.10.1 ip_mr_forward() 383   
15.10.2 ipmr_queue_xmit() 385   
15.11 组播报文的输出 388   
第16章 IGMP:Internet组管理协议 390   
16.1 in_device结构中的组播参数 390   
16.2 ip_mc_list结构 391   
16.3 系统参数 393   
16.4 IGMP的版本与协议结构 393   
16.4.1 IGMP的版本 393   
16.4.2 第一版和第二版的IGMP报文结构 395   
16.4.3 第三版的IGMP查询报文结构 395   
16.4.4 第三版的IGMP报告结构 396   
16.5 IGMP报文的输入 398   
16.6 函数 399   
16.6.1 ip_mc_find_dev() 399   
16.6.2 ip_check_mc() 400   
16.7 成员关系查询 400   
16.8 成员关系报告 404   
16.8.1 离开组播组列表的维护 404   
16.8.2 is_in() 404   
16.8.3 add_grec() 406   
16.8.4 普通查询的报告 409   
16.8.5 V1和V2的报告以及V3的当前状态记录报告 410   
16.8.6 主动发送组关系报告 413   
16.9 维护套接口组播状态 416   
16.9.1 套接口加入组播组 417   
16.9.2 套接口离开组播组 418   
16.10 维护网络设备组播状态 419   
16.10.1 被阻止的组播源列表的维护 421   
16.10.2 网络设备加入组播组 421   
16.10.3 网络设备离开组播组 425   
16.11 ip_mc_source() 430   
16.12 ip_mc_msfilter() 434   
16.13 网络设备组播硬件地址的管理 436   
第17章 邻居子系统 437   
17.1 什么是邻居子系统 437   
17.2 系统参数 437   
17.3 邻居子系统的结构 438   
17.3.1 neigh_table结构 438   
17.3.2 neighbour结构 441   
17.3.3 neigh_ops结构 444   
17.3.4 neigh_parms结构 445   
17.3.5 pneigh_entry结构 447   
17.3.6 neigh_statistics结构 447   
17.3.7 hh_cache结构 448   
17.4 邻居表的初始化 449   
17.5 邻居项的状态机 450   
17.6 邻居项的添加与删除 452   
17.6.1 netlink接口 452   
17.6.2 ioctl 456   
17.6.3 路由表项与邻居项的绑定 456   
17.6.4 接收到的并非请求的应答 456   
17.7 邻居项的创建与初始化 456   
17.7.1 neigh_alloc() 456   
17.7.2 neigh_create() 457   
17.8 邻居项散列表的扩容 459   
17.9 邻居项的查找 460   
17.9.1 neigh_lookup() 460   
17.9.2 neigh_lookup_nodev() 461   
17.9.3 __neigh_lookup ()和   
neigh_lookup_errno() 461   
17.10 邻居项的更新 461   
17.11 垃圾回收 465   
17.11.1 同步回收 465   
17.11.2 异步回收 466   
17.12 外部事件 468   
17.13 邻居项状态处理定时器 469   
17.14 代理项 472   
17.14.1 代理项的查找、添加和删除 472   
17.14.2 延时处理代理的请求报文 472   
17.15 输出函数 474   
17.15.1 丢弃 474   
17.15.2 慢速发送 474   
17.15.3 快速发送 477   
第18章 ARP:地址解析协议 480   
18.1 ARP报文格式 480   
18.2 系统参数 481   
18.3 注册ARP报文类型 483   
18.4 ARP初始化 483   
18.5 ARP的邻居项函数指针表 483   
18.6 ARP表 484   
18.7 函数 485   
18.7.1 arp_error_report() 485   
18.7.2 arp_solicit() 485   
18.7.3 arp_ignore() 486   
18.7.4 arp_filter() 488   
18.8 IPv4中邻居项的初始化 488   
18.9 ARP报文的创建 490   
18.10 ARP的输出 490   
18.11 ARP的输入 491   
18.11.1 arp_rcv() 491   
18.11.2 arp_process() 492   
18.12 ARP代理 497   
18.12.1 arp_process() 498   
18.12.2 arp_fwd_proxy() 499   
18.12.3 parp_redo() 500   
18.13 ARP的ioctl 500   
18.14 外部事件 501   
18.15 路由表项与邻居项的绑定 502   
第19章 路由表 503   
19.1 什么是路由表 503   
19.1.1 路由的要素 503   
19.1.2 特殊路由 505   
19.1.3 路由缓存 505   
19.2 系统参数 506   
19.3 路由表组成结构 506   
19.3.1 fib_table结构 508   
19.3.2 fn_zone结构 510   
19.3.3 fib_node结构 511   
19.3.4 fib_alias结构 511   
19.3.5 fib_info结构 512   
19.3.6 fib_nh结构 515   
19.4 路由表的初始化 516   
19.5 netlink接口 517   
19.5.1 netlink路由表项消息结构 517   
19.5.2 inet_rtm_newroute() 519   
19.5.3 inet_rtm_delroute() 520   
19.6 获取指定的路由表 520   
19.7 路由表项的添加 520   
19.8 路由表项的删除 526   
19.9 外部事件 528   
19.9.1 网络设备状态变化事件 528   
19.9.2 IP地址变化事件 529   
19.9.3 fib_add_ifaddr() 529   
19.9.4 fib_del_ifaddr() 531   
19.9.5 fib_disable_ip() 534   
19.9.6 fib_magic() 534   
19.10 选路 535   
19.10.1 输入选路:ip_route_input_slow() 535   
19.10.2 组播输入选路:ip_route_input_mc() 539   
19.10.3 输出选路:ip_route_output_slow() 541   
19.10.4 fib_lookup() 546   
19.10.5 fn_hash_lookup() 548   
19.11 ICMP重定向消息的发送 548   
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