第1章 引言 1
1.1 TCP/IP协议栈概述 2
1.1.1 沿协议栈向下的处理过程 2
1.1.2 沿协议栈向上的处理过程 4
1.2 Linux 2.4.20的源码组织结构 6
1.3 TCP/IP协议栈和内核控制路径 9
1.4 版本2.4之后Linux内核的可抢占性 10
1.4.1 Linux系统调用 13
1.4.2 添加新的系统调用 14
1.5 Linux进程和线程 16
1.5.1 fork() 17
1.5.2 线程 17
1.5.3 内核线程 18
1.6 内核同步机制 20
1.6.1 信号量 20
1.6.2 原子操作 21
1.6.3 旋转锁 21
1.7 TCP/IP应用编程接口 22
1.7.1 服务器应用 23
1.7.2 客户端应用 25
1.7.3 套接字选项 27
1.7.4 选项值 27
1.8 Shutdown 33
1.8.1 关闭功能在内核的实现 33
1.8.2 发送关闭 33
1.8.3 接收关闭 34
1.9 I/O 35
1.9.1 read() 35
1.9.2 write() 35
1.9.3 recv() 35
1.9.4 send() 35
1.9.5 select() 36
1.10 TCP状态 36
1.10.1 部分关闭 41
1.10.2 部分关闭的tcpdump输出 43
1.11 本章总结 43
第2章 协议基础 45
2.1 TCP 46
2.2 TCP选项（RFC 1323） 49
2.2.1 mss选项 50
2.2.2 窗口缩放选项 50
2.2.3 时间戳选项 51
2.2.4 有选择确认选项 51
2.3 TCP数据流 53
2.4 延时确认 60
2.5 Nagle算法（RFC 896） 62
2.6 TCP滑动窗口协议 64
2.7 最大化TCP吞吐量 71
2.8 TCP定时器 73
2.8.1 重传定时器 73
2.8.2 persistent定时器 74
2.8.3 keepalive定时器 75
2.8.4 TIME_WAIT定时器 75
2.9 TCP拥塞控制 76
2.10 TCP性能和可靠性 76
2.10.1 RTTD 77
2.10.2 SACK/DSACK 77
2.10.3 窗口缩放 77
2.11 IP（Internet协议） 78
2.12 路由 79
2.13 netstat 80
2.14 traceroute 81
2.15 ICMP 84
2.16 Ping 84
2.17 ARP/RARP 86
2.18 本章总结 88
第3章 套接字的内核实现 89
3.1 套接字层 90
3.2 VFS和套接字 91
3.3 协议套接字注册 92
3.4 结构inet_protosw 94
3.5 内核中的套接字组织结构 95
3.6 socket 96
3.7 inet_create（见源码3-4） 97
3.8 套接字调用流程图 104
3.9 本章总结 105
第4章 TCP连接设置的内核实现 107
4.1 连接设置 108
4.1.1 服务器端设置 108
4.1.2 服务器端操作 109
4.2 BIND 109
4.2.1 套接字BIND相关的数据结构 110
4.2.2 TCP bind的hash桶 110
4.2.3 tcp_ehash 111
4.2.4 tcp_listening_hash 112
4.2.5 tcp_bhash 112
4.2.6 tcp_hashinfo 113
4.2.7 tcp_bind_hashbucket（见图4-6） 114
4.2.8 tcp_bind_bucket 114
4.2.9 bind() 115
4.2.10 sys_bind() 115
4.2.11 sockfd_lookup() 116
4.2.12 fget() 116
4.2.13 inet_bind() 116
4.2.14 tcp_v4_get_port() 117
4.2.15 tcp_bind_conflict() 119
4.3 LISTEN 121
4.3.1 sys_listen() 122
4.3.2 inet_listen() 122
4.3.3 tcp_listen_start() 122
4.3.4 listen控制流 125
4.3.5 结构open_request 126
4.3.6 accept队列已满 131
4.3.7 链接在tcp_ehash hash表中的已建立套接字 134
4.3.8 当三次握手未完成时连接请求的状态 134
4.3.9 当三次握手完成后连接请求的状态 135
4.4 内核对连接请求的处理 136
4.4.1 SYN队列处理 137
4.4.2 accept队列处理 138
4.4.3 处理新连接请求的流程 140
4.5 ACCEPT 140
4.5.1 inet_accept() 143
4.5.2 当三次握手完成且应用程序接受后链接inode和套接字数据结构 143
4.5.3 新连接已建立后链接VFS和内核套接字数据结构 146
4.5.4 新已接受连接套接字的文件表入口项 146
4.5.5 接受新建立连接的流控制 147
4.6 客户端设置 147
4.6.1 客户端操作 147
4.6.2 connect 147
4.6.3 tcp_v4_connect() 148
4.6.4 ip_route_connect() 148
4.6.5 生成连接请求的流控制 149
4.6.6 tcp_v4_hash_connect() 151
4.6.7 _tcp_v4_check_established() 152
4.6 8 tcp_connect() 155
4.6.9 tcp_transmit_skb() 157
4.7 本章总结 159
第5章 sk_buff和协议头 161
5.1 结构sk_buff 162
5.2 结构skb_shared_info（见图5-3） 166
5.3 sk_buff和DMA-skb_frag_struct 166
5.3.1 DMA和分段sk_buff 167
5.3.2 sk_buff和IP分段 167
5.3.3 sk_buff和分段 169
5.4 sk_buff的例程操作 169
5.4.1 alloc_skb() 169
5.4 2 skb_reserve() 170
5.4.3 skb_put() 171
5.4.4 skb_push() 173
5.4.5 skb_pull() 174
5.5 构建向下遍历协议层时的协议头 175
5.5.1 TCP头的添加 175
5.5.2 IP头的添加 176
5.5.3 链路层头的添加 177
5.6 解析向上遍历协议层时的协议头 178
5.6.1 sk_buff指向链路层驱动要处理的链路层头 178
5.6.2 sk_buff指向IP层要处理的IP头 179
5.6.3 sk_buff指向TCP层要处理的TCP头 180
5.7 本章总结 181
第6章 sk_buff在不同协议层的处理 183
6.1 TCP/IP协议栈向下的报文处理 184
6.1.1 从套接字层到设备的报文传输路径 185
6.1.2 TCP报文沿协议栈向下处理的内核路径 187
6.2 准备传输的报文 192
6.3 报文向下处理的内核流 193
6.4 协议栈向上的报文处理过程 195
6.4.1 从设备（接收）到套接字层的报文处理路径 198
6.4.2 TCP报文沿协议栈向上的内核处理路径 198
6.5 沿协议栈向上的报文内核流程 205
6.6 本章总结 205
第7章 TCP发送 207
7.1 TCP分段单元 207
7.1.1 无分散-聚集支持下的分段单元处理 208
7.1.2 无分散-聚集支持的分段处理 210
7.1.3 通过套接字写1mss字节的数据 211
7.2 分散-聚集支持的分段处理 212
7.2.1 有分散-聚集支持的分段处理 215
7.2.2 应用程序向套接字写Y字节的数据 216
7.2 3 can_coalesce() 216
7.2.4 tcp_copy_to_page() 217
7.2.5 tcp_mark_push() 217
7.2 6 forced_push() 218
7.2.7 tcp_push() 218
7.2.8 _tcp_push_pending_frames() 219
7.2 9 tcp_snd_test() 220
7.2.10 tcp_nagle_check() 220
7.2.11 tcp_minshall_check() 221
7.2.12 tcp_write_xmit() 221
7.2.13 update_send_head() 223
7.2.14 tcp_push_one() 224
7.2.15 skb_entail() 224
7.3 发送OOB数据 225
7.4 TCP分段单元和发送处理流程 226
7.5 分段和发送机制的函数调用流 227
7.6 本章总结 229
第8章 TCP接收 231
8.1 排队机制 231
8.1.1 tcp_rcv_established（）的处理 232
8.1.2 tcp_prequeue() 234
8.1.3 队列处理 235
8.1.4 tcp_data_wait() 239
8.1.5 tcp_prequeue_process() 240
8.1.6 lock_sock() 241
8.1.7 _lock_sock() 241
8.1.8 release_sock() 242
8.1.9 _release_sock() 242
8.2 接收队列中TCP数据的处理 243
8.2.1 cleanup_rbuf() 246
8.2.2 skb_copy_datagram_iovec() 248
8.2.3 从接收缓冲区读取无分页的数据 250
8.2.4 应用程序读取X个字节 250
8.2.5 应用程序读取n个字节（1mss=n） 251
8.2.6 应用程序读取n-X个字节 252
8.2.7 从分页缓冲区读取数据 253
8.2.8 应用程序读取n个字节 253
8.2.9 应用程序读取1页的数据 254
8.3 TCP紧急数据处理 255
8.3.1 紧急字节读取的OOB数据模式 255
8.3.2 tcp_recv_urg() 256
8.3.3 紧急模式处理和紧急字节读取的内联数据模式 257
8.4 通过TCP套接字接收数据的数据流图 260
8.5 本章总结 266
第9章 TCP内存管理 267
9.1 发送端TCP内存管理 267
9.1.1 select_size() 270
9.1.2 tcp_alloc_pskb() 271
9.1.3 alloc_skb() 272
9.1.4 tcp_alloc_page() 273
9.1.5 skb_charge() 274
9.1.6 tcp_mem_schedule() 274
9.1.7 tcp_free_skb() 276
9.1.8 sock_wfree() 277
9.1.9 tcp_write_space() 277
9.1.10 tcp_mem_reclaim() 278
9.1.11 _tcp_mem_reclaim() 279
9.1.12 wait_for_tcp_memory() 279
9.2 接收端TCP内存管理 282
9.2.1 tcp_prune_queue() 285
9.2.2 tcp_clamp_window() 286
9.2.3 tcp_collapse_ofo_queue() 288
9.2.4 tcp_collapse() 289
9.2.5 _skb_queue_purge() 296
9.3 接收缓冲区内存释放 296
9.4 TCP内存管理中的系统级控制参数 296
9.5 本章总结 298
第10章 TCP定时器 299
10.1 Linux中的定时器 300
10.1.1 mod_timer() 300
10.1.2 detach_timer() 301
10.1.3 del_timer() 301
10.1.4 执行定时器例程的时机 302
10.2 TCP重传定时器 302
10.2.1 安装重传定时器的时机 302
10.2.2 重置或者取消重传定时器的时机 303
10.2.3 tcp_enter_loss() 306
10.2.4 tcp_retransmit_skb() 308
10.2.5 tcp_retrans_try_collapse() 309
10.2.6 skb_cloned() 311
10.3 零窗口探测定时器 312
10.3.1 首次安装探测定时器的时机 312
10.3.2 取消连接探测定时器的时机 313
10.3.3 tcp_ack_probe() 313
10.3.4 窗口探测定时器的工作原理 314
10.3.5 tcp_probe_timer() 314
10.3.6 tcp_send_probeO() 315
10.3.7 tcp_write_wakeup() 316
10.4 延时确认定时器 318
10.4.1 ACK的调度时机 319
10.4.2 ACK数据段的发送时机和发送处理过程 320
10.4.3 快速ACK模式 321
10.4.4 _tcp_ack_snd_check() 321
10.4.5 tcp_ack_snd_check() 322
10.4.6 tcp_send_delayed_ack() 323
10.4.7 tcp_delack_timer() 324
10.4.8 tcp_reset_xmit_timer() 326
10.4.9 tcp_write_timer() 327
10.4.10 tcp_clear_xmit_timer() 328
10.5 keepalive定时器 329
10.5.1 激活keepalive定时器的时机 330
10.5.2 如何重置定时器 330
10.5.3 tcp_keepalive_timer() 330
10.6 SYN-ACK定时器 333
10.6.1 SYN-ACK定时器激活的时机 333
10.6.2 SYN-ACK定时器停止的时机 333
10.6.3 tcp_synack_timer() 334
10.7 TIME_WAIT定时器 338
10.7.1 TIME_WAIT定时器的触发时机 338
10.7.2 tcp_time_wait() 338
10.7.3 tcp_tw_schedule() 339
10.7.4 非再生模式 341
10.7.5 再生模式 342
10.7.6 tcp_twkill() 345
10.7.7 tcp_twcal_tick() 347
10.7.8 _tcp_tw_hashdance() 350
10.8 本章总结 352
第11章 TCP核心处理 353
11.1 传入TCP数据段处理 354
11.1.1 预测标志 354
11.1.2 构建预测标志 355
11.1.3 使用快速路径的条件 357
11.1.4 使用慢速路径的时机 357
11.1.5 使用快速路径的时机 358
11.1.6 与预测标志相关的注意点 358
11.2 快速路径处理 359
11.3 慢速路径处理 362
11.3.1 tcp_sequence() 363
11.3.2 tcp_replace_ts_recent() 364
11.3.3 tcp_event_data_recv() 365
11.3.4 tcp_incr_quickack() 367
11.3.5 tcp_grow_window() 367
11.3.6 _tcp_grow_window() 369
11.3.7 计算通告窗口 370
11.3.8 tcp_rrceive_window() 370
11.3.9 tcp_select_window() 371
11.3.10 tcp_space() 372
11.3.11 tcp_data_snd_check() 372
11.3.12 _tcp_data_snd_check() 373
11.3.13 tcp_paws_discard() 373
11.4 传入ACK的处理 375
11.4.1 tcp_packets_in_flight() 378
11.4.2 tcp_ack_is_dubious() 379
11.4.3 tcp_cong_avoid() 380
11.4.4 tcp_ack_update_window() 381
11.4.5 tcp_may_update_window() 382
11.4.6 tcp_clean_rtx_queue() 382
11.5 处理SACK块 385
11.6 重定序长度 392
11.7 处理TCP紧急指针 395
11.8 在慢速路径中处理数据段 399
11.8.1 tcp_sack_new_ofo_skb() 407
11.8.2 tcp_sack_maybe_coalesce() 409
11.8.3 tcp_sack_extend() 410
11.8.4 tcp_ofo_queue() 411
11.8.5 tcp_sack_remove() 415
11.9 TCP核心处理 417
11.10 本章总结 418
第12章 TCP状态处理 419
12.1 拥塞状态处理概述 420
12.2 TCP状态 422
12.2.1 TCP_CA_CWR 422
12.2.2 从TCP_CA_CWR状态撤消 423
12.3 在恢复状态中处理重复／部分确认 423
12.3.1 tcp_remove_reno_sacks() 424
12.3.2 tcp_try_undo_partial() 425
12.4 在丢失状态中处理重复／部分确认 426
12.4.1 tcp_try_undo_loss() 427
12.4.2 tcp_check_sack_reneging() 429
12.5 TCP状态的默认处理 429
12.5.1 tcp_time_to_recover() 432
12.5.2 tcp_head_timedout() 434
12.5.3 tcp_try_to_open() 435
12.5.4 tcp_update_scoreboard() 436
12.5.5 tcp_xmit_retransmit_queue() 438
12.5.6 tcp_packet_delayed() 440
12.6 当确认超过tp→high_seq时TCP非正常状态的处理 440
12.6.1 TCP_CA_Loss 441
12.6.2 TCP_CA_CWR 441
12.6.3 TCP_CA_Disorder 443
12.6.4 tcp_try_undo_dsack 444
12.6.5 TCP_CA_Recovery 444
12.6.6 tcp_add_reno_sack() 446
12.6.7 tcp_check_reno_reordering() 446
12.6.8 tcp_may_undo() 447
12.6.9 tcp_packet_delayed() 447
12.6.10 tcp_undo_cwr() 448
12.6.11 tcp_mark_head_lost() 449
12.6.12 tcp_sync_left_out() 450
12.7 本章总结 450
第13章 netlink套接字 453
13.1 netlink套接字介绍 453
13.2 启动时netlink套接字的注册和初始化 454
13.3 内核netlink套接字的创建 455
13.4 用户netlink套接字的创建 457
13.5 netlink数据结构 459
13.5.1 nl_table 459
13.5.2 rtnetlink_link 460
13.6 其他重要的数据结构 463
13.6.1 nlmsghdr结构 463
13.6.2 msghdr结构 463
13.7 netlink报文格式 464
13.8 netlink套接字例子——添加qdisc的tc命令 465
13.8.1 用户空间中添加qdisc的tc命令流 465
13.8.2 内核空间的tc命令 466
13.9 内核空间中的tc命令流程图 470
13.10 本章总结 471
第14章 IP路由 473
14.1 路由 475
14.2 基于策略的路由 477
14.3 多路径 478
14.4 记录路由选项（RFC 791）以及Linux栈的处理 482
14.5 源路由 483
14.5.1 严格记录路由 483
14.5.2 松散记录路由 483
14.5.3 SRR处理实现 484
14.6 路由表和路由缓存的Linux内核实现 490
14.7 路由缓存实现概述 491
14.8 管理路由缓存 496
14.8.1 本地连接的路由缓存 498
14.8.2 _sk_dst_check() 499
14.8.3 链接失效并报告给路由子系统 500
14.8.4 dst_link_failure() 501
14.8.5 ipv4_link_failure() 501
14.8.6 dst_set_expires() 501
14.8.7 传入报文的路由缓存 502
14.8.8 路由缓存计数器 503
14.8.9 rt_periodic_timer 504
14.8.10 rt_may_expire() 506
14.8.11 dst_free() 507
14.8.12 _dst_free() 508
14.8.13 dst_destroy() 509
14.8.14 dst_run_gc() 509
14.8.15 关闭接口和rt_flush_timer 511
14.8.16 rt_cashe_flush() 512
14.9 转发信息库的实现概述 513
14.9.1 结构fib_table 515
14.9.2 结构fn_hash 516
14.9.3 结构fn_zone 516
14.9.4 结构fib_node 517
14.9.5 结构fib_info 519
14.9.6 结构fib_nh 520
14.9.7 结构fib_rule 521
14.10 使用ip命令在路由表中添加新的表项（RT Netlink接口） 522
14.10.1 当使用向路由表中添加一个表项的路由选项运行ip命令时的情况 523
14.10.2 inet_rtm_newroute() 523
14.10.3 结构rtmsg 524
14.10.4 结构kern_rta 525
14.10.5 fn_hash_insert() 525
14.10.6 fn_new_zone() 528
14.10.7 fib_create_info() 530
14.10.8 fn_hash_insert() 531
14.11 当使用向路由表中添加一个表项的规则选项运行ip命令时的情况 532
14.11.1 inet_rtm_newrule() 532
14.11.2 FIB初始化 534
14.12 FIB遍历流程图 538
14.12.1 ip_route_output() 539
14.12.2 ip_route_output_key() 539
14.12.3 ip_route_output_slow() 540
14.12.4 ip_dev_find() 551
14.12.5 _in_dev_get() 552
14.12.6 inet_select_addr() 553
14.12.7 路由范围 554
14.12.8 fib_lookup() 555
14.13 本章总结 563
第15章 Linux中的IP服务质量（IP QoS） 565
15.1 简介 565
15.2 Linux流量控制的基本组件 566
15.3 Linux中pfifo_fast排队规则的实现 567
15.4 排队规则数据结构 570
15.4.1 结构Qdisc 570
15.4.2 结构Qdisc_ops 571
15.4.3 结构Qdisc_class_ops 572
15.4.4 结构cbq_class 573
15.5 tc用户程序及其内核实现细节 575
15.5.1 tc_modify_qdisc() 576
15.5.2 qdisc_create() 578
15.5.3 cbq_init() 579
15.5.4 qdisc_graft() 580
15.5.5 dev_graft_qdisc() 581
15.6 为CBQ创建类别层次的tc命令 582
15.6.1 tc_ctl_tclass() 582
15.6.2 cbq_change_class() 584
15.7 过滤器 585
15.8 u32过滤器实现 589
15.9 路由过滤器实现 592
15.10 enqueue 596
15.10.1 cbq_enqueue() 596
15.10.2 cbq_classify() 597
15.10.3 cbq_enqueue()函数概述 598
15.11 CBQ的Linux实现概述 599
15.12 cbq_dequeue() 599
15.12.1 从net/dev/core.c 601
15.12.2 qdisc_run() 602
15.12.3 qdisc_restart() 603
15.12.4 cbq_dequeue() 604
15.12.5 cbq_dequeue_l() 605
15.12.6 cbq_dequeue_prio() 605
15.13 本章总结 609
第16章 IP Filter防火墙 611
16.1 Netfilter Hook框架 612
16.2 IP协议栈上的Netfilter Hook 613
16.2.1 用于传出报文的钩子 614
16.2.2 用于传入报文的钩子 615
16.3 Neffilter Hook注册 616
16.4 Netfilter Hook处理 618
16.4.1 nf_hook_slow() 618
16.4.2 nf_iterate() 619
16.4.3 结构nf_hook_ops 620
16.5 兼容性框架 620
16.6 ipchains 624
16.6.1 使用ipchains过滤 625
16.6.2 ipchains的规则链 626
16.6.3 结构ipchain 626
16.6.4 结构ip_fwkernel 627
16.6.5 结构ip_reent 627
16.6.6 结构ip_fw 628
16.6.7 ipchams中表的组织结构 628
16.7 使用ipchains过滤报文 629
16.7.1 ip_fw_check() 629
16.7.2 ip_rule_match() 632
16.8 iptables 634
1 6.9 iptables过滤规则和目标组织 635
16.9.1 结构ipt_table 636
16.9.2 结构ipt_table_info 636
16.9.3 结构ipt_entry 638
16.9.4 结构ipt_entry_match 639
16.9.5 结构ipt_tcp 640
16.9.6 结构ipt_entry_target 641
16.9.7 结构ipt_standard_target 641
16.10 iptables过滤规则和目标的组织结构 641
16.11 使用iptables过滤报文 641
16.11.1 ipt_do_table() 642
16.11.2 IPT_MATCH_ITERATE 645
16.12 本章总结 646
第17章 网络软中断 647
17.1 使用软中断的原因和触发机制 648
17.1.1 传输 648
17.1.2 接收 648
17.2 处理软中断 651
17.3 软中断的注册 654
17.4 报文接收以及Rx软中断的延迟处理 655
17.5 网络Rx软中断的处理 659
17.6 报文传输与软中断 663
17.7 本章总结 672
第18章 报文的传输和接收 675
18.1 传输和接收报文的DMA环缓冲区 675
18.2 报文接收处理 676
18.2.1 支持DMA的报文接收处理流程 677
18.2.2 环缓冲区的接收处理 677
18.3 报文传输处理 679
18.3.1 DMA支持的报文传输处理过程 679
18.3.2 传输环缓冲区 680
18.4 报文传输和接收的实现 682
18.4.1 struct etrax_eth_descr 683
18.4.2 struct etrax_dma_descr 683
18.4.3 设备的初始化 684
18.4.4 DMA传输环缓冲区的初始化 685
18.4.5 DMA接收环缓冲区的初始化 686
18.5 处理报文接收的Rx中断 688
18.5.1 Rx DMA缓冲区的初始化 689
18.5.2 e100_rx() 689
18.5.3 产生Rx中断前DMA缓冲区接收到三个报文时的Rx描述符 690
18.5.4 从DMA缓冲区中取出第一个报文交给操作系统Rx中断处理程序后的Rx描述符 691
18.6 报文传输 693
18.6.1 e100_send_packet() 693
18.6.2 初始化后的Tx DMA环缓冲区描述符 694
18.6.3 e100_hardware_send_packet() 696
18.6.4 设备DMATx环缓冲区中有两个报文时的处理 696
18.6.5 e100tx_interrupt() 697
18.6.6 传输了第一个报文并且中断已产生时的情形 698
18.7 本章总结 699
第19章 lkcd和TCP/IP协议栈的调试 701
19.1 lkcd源码和补丁 702
19.2 套接字 702
19.3 查看接收套接字缓冲区 704
19.4 查看发送套接字缓冲区 705
19.5 TCP分段单元 708
19.6 发送拥塞窗口和ssthresh 709
19.7 重传和路由 711
19.8 查看连接队列和SYN队列 712
19.9 使用lcrash来查看路由和IP服务质量 715
19.10 使用lcrash调试CBQ（基于类别的）排队规则 717
19.11 u32过滤器 718
19.12 路由过滤器 724
19.13 FIB表的lcrash输出 724
19.14 使用tc命令建立路由过滤器 728
19.15 NETLINK数据结构 731
19.15.1 nl_table 731
19.15.2 rtnetlink_link 732
19.16 本章总结 733
第20章 展望 735