《Linux高性能服务器编程》——1.2 封装

简介: 本节书摘来自华章计算机《Linux高性能服务器编程》一书中的第1章,第1.2节,作者 游双,更多章节内容可以访问云栖社区“华章计算机”公众号查看。

1.2 封装

上层协议是如何使用下层协议提供的服务的呢?其实这是通过封装(encapsulation)实现的。应用程序数据在发送到物理网络上之前,将沿着协议栈从上往下依次传递。每层协议都将在上层数据的基础上加上自己的头部信息(有时还包括尾部信息),以实现该层的功能,这个过程就称为封装,如图1-4所示。

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经过TCP封装后的数据称为TCP报文段(TCP message segment),或者简称TCP段。前文提到,TCP协议为通信双方维持一个连接,并且在内核中存储相关数据。这部分数据中的TCP头部信息和TCP内核缓冲区(发送缓冲区或接收缓冲区)数据一起构成了TCP报文段,如图1-5中的虚线框所示。

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当发送端应用程序使用send(或者write)函数向一个TCP连接写入数据时,内核中的TCP模块首先把这些数据复制到与该连接对应的TCP内核发送缓冲区中,然后TCP模块调用IP模块提供的服务,传递的参数包括TCP头部信息和TCP发送缓冲区中的数据,即TCP报文段。关于TCP报文段头部的细节,我们将在第3章讨论。

经过UDP封装后的数据称为UDP数据报(UDP datagram)。UDP对应用程序数据的封装与TCP类似。不同的是,UDP无须为应用层数据保存副本,因为它提供的服务是不可靠的。当一个UDP数据报被成功发送之后,UDP内核缓冲区中的该数据报就被丢弃了。如果应用程序检测到该数据报未能被接收端正确接收,并打算重发这个数据报,则应用程序需要重新从用户空间将该数据报拷贝到UDP内核发送缓冲区中。

经过IP封装后的数据称为IP数据报(IP datagram)。IP数据报也包括头部信息和数据部分,其中数据部分就是一个TCP报文段、UDP数据报或者ICMP报文。我们将在第2章详细讨论IP数据报的头部信息。

经过数据链路层封装的数据称为帧(frame)。传输媒介不同,帧的类型也不同。比如,以太网上传输的是以太网帧(ethernet frame),而令牌环网络上传输的则是令牌环帧(token ring frame)。以以太网帧为例,其封装格式如图1-6所示。

以太网帧使用6字节的目的物理地址和6字节的源物理地址来表示通信的双方。关于类型(type)字段,我们将在后面讨论。4字节CRC字段对帧的其他部分提供循环冗余校验。

帧的最大传输单元(Max Transmit Unit,MTU),即帧最多能携带多少上层协议数据(比如IP数据报),通常受到网络类型的限制。图1-6所示的以太网帧的MTU是1500字节。正因为如此,过长的IP数据报可能需要被分片(fragment)传输。

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帧才是最终在物理网络上传送的字节序列。至此,封装过程完成。

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