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在現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)通信中，數(shù)據(jù)包的發(fā)送是網(wǎng)絡(luò)通信的基礎(chǔ)。Linux作為一種優(yōu)秀的操作系統(tǒng)，擁有高效、穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)通信機(jī)制，能夠?yàn)橄到y(tǒng)提供出色的網(wǎng)絡(luò)通信功能。本文將詳細(xì)解析Linux網(wǎng)絡(luò)通信中數(shù)據(jù)包的發(fā)送原理，讓讀者更好地了解TCP/IP協(xié)議棧和數(shù)據(jù)包的發(fā)送過(guò)程。
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一、TCP/IP協(xié)議棧
首先我們需要了解的是TCP/IP協(xié)議棧。TCP/IP協(xié)議棧是指一組協(xié)議，其中TCP/IP是其中最重要的協(xié)議。協(xié)議棧分為四層：應(yīng)用層、傳輸層、網(wǎng)絡(luò)層和數(shù)據(jù)鏈路層。
1. 應(yīng)用層
應(yīng)用層是指應(yīng)用程序需要使用的協(xié)議。如HTTP、FTP、TP、POP3等。
2. 傳輸層
傳輸層是指?jìng)鬏攲訁f(xié)議，如TCP、UDP等。TCP/IP協(xié)議棧中的大部分功能都是由傳輸層來(lái)處理的。
3. 網(wǎng)絡(luò)層
網(wǎng)絡(luò)層是指IP協(xié)議，它處理在網(wǎng)絡(luò)中的路由選擇、分組等問題。
4. 數(shù)據(jù)鏈路層
數(shù)據(jù)鏈路層負(fù)責(zé)傳輸單個(gè)數(shù)據(jù)包，是傳輸層和物理層之間的一層。數(shù)據(jù)鏈路層的協(xié)議有PPP、Ethernet、Token Ring等。
二、數(shù)據(jù)包的發(fā)送過(guò)程
接下來(lái)我們將詳細(xì)講解Linux網(wǎng)絡(luò)通信過(guò)程中數(shù)據(jù)包的發(fā)送過(guò)程。主要包括數(shù)據(jù)包的封裝、路由選擇、ARP、MAC地址決策和發(fā)送。
1. 數(shù)據(jù)包的封裝
發(fā)送方將要發(fā)送的數(shù)據(jù)封裝成數(shù)據(jù)包，包含以下字段：
源IP地址：是發(fā)送方的IP地址。
目標(biāo)IP地址：是接收方的IP地址。
源MAC地址：是發(fā)送方的MAC地址。
目標(biāo)MAC地址：在數(shù)據(jù)包的發(fā)送過(guò)程中，該字段需要使用特定的協(xié)議來(lái)解析，以獲得目標(biāo)MAC地址。
傳輸層協(xié)議：TCP或者UDP。
2. 路由選擇
在Linux中，當(dāng)某個(gè)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包不能本地處理時(shí)，它將填入IP路由表的信息。Linux的路由決策過(guò)程的實(shí)現(xiàn)是由內(nèi)核的路由緩存算法完成的。路由緩存是Linux內(nèi)核的一個(gè)高性能、高可用性的路由緩存層，用于幫助Linux內(nèi)核快速選擇正確的路由。
3. ARP
ARP（Address Resolution Protocol）是一個(gè)協(xié)議，該協(xié)議將IP地址映射到MAC地址。在Linux網(wǎng)絡(luò)通信過(guò)程中，如果目標(biāo)MAC地址未知，ARP協(xié)議將被用來(lái)確定該地址。如果ARP請(qǐng)求返回，則目標(biāo)MAC地址將從緩存中讀取。
4. MAC地址決策和發(fā)送
當(dāng)ARP請(qǐng)求返回后，目標(biāo)MAC地址將從緩存中讀出并將其與數(shù)據(jù)包中的數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)。如果兩個(gè)地址不等，則包將被重新封裝，以便通過(guò)正確的物理接口進(jìn)行發(fā)送。如果它們相等，數(shù)據(jù)包將被傳遞給物理設(shè)備進(jìn)行發(fā)送。
本文簡(jiǎn)單介紹了Linux網(wǎng)絡(luò)通信機(jī)制中數(shù)據(jù)包的發(fā)送原理。如此復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)通信機(jī)制，需要理解各個(gè)層次之間的關(guān)系，從而更好地理解數(shù)據(jù)包的發(fā)送過(guò)程。只有深入了解Linux的網(wǎng)絡(luò)通信過(guò)程，才能更好地理解網(wǎng)絡(luò)通信中高效穩(wěn)定的數(shù)據(jù)傳輸。
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linux 應(yīng)用層用udp發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)有大小限制嗎？
從理論上來(lái)說(shuō)，UDP數(shù)據(jù)的總長(zhǎng)度為 65535（IP更大長(zhǎng)度）-20（IP頭）-8（UDP頭） = 65507個(gè)字節(jié)，但大多數(shù)系統(tǒng)都達(dá)不到這個(gè)長(zhǎng)度。這一般是受到兩個(gè)方面的因素限此遲制：
1） 應(yīng)用程序編程接口限制。一般socket的緩沖區(qū)大小是8K，但都提供API來(lái)森清李設(shè)置緩沖區(qū)的大小（SetSockOpt）。一般發(fā)送UDP更好不要超過(guò)512字節(jié)，這樣基本可以保證不丟包（因?yàn)榇蟛糠志W(wǎng)絡(luò)和主機(jī)的MTU都大于512）.
2） TCP/IP內(nèi)核的限制。可能存在一些實(shí)現(xiàn)特性使得IP長(zhǎng)度不能達(dá)到65535。
由于IP能夠發(fā)送或接收特定長(zhǎng)度的數(shù)據(jù)報(bào)并不意味著接收應(yīng)用程序可以讀取該長(zhǎng)度的數(shù)據(jù)。因此，UDP編程接口允許應(yīng)用程序指定每次返回的更大字節(jié)數(shù)。如果接收到的數(shù)據(jù)報(bào)長(zhǎng)度大于應(yīng)用程序所能處理的長(zhǎng)度，那么會(huì)發(fā)生什么情況呢？典型的Berkeley版socket API對(duì)數(shù)據(jù)報(bào)進(jìn)行截?cái)?，并丟棄任何多余的數(shù)據(jù)；SVR4下的socket API(包括Solaris 2.x) 并不截?cái)鄶?shù)據(jù)報(bào)。超出部分?jǐn)?shù)據(jù)在后面的讀取中返回。它也不通知應(yīng)用程序從單個(gè)UDP數(shù)據(jù)報(bào)中多次進(jìn)行讀取操作；TLI API不丟棄數(shù)據(jù)。正物相反，它返回一個(gè)標(biāo)志表明可以獲得更多的數(shù)據(jù)，而應(yīng)用程序后面的讀操作將返回?cái)?shù)據(jù)報(bào)的其余部分。
UDP不會(huì)分片，分片是IP層做的事，而且分片重組也是IP層負(fù)責(zé)的。
如果用UDP發(fā)送數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)量更好不要太大，應(yīng)該避免IP層和鏈路層分包，防止分片丟失，導(dǎo)致整個(gè)UDP數(shù)據(jù)包丟失。
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