tcp/ip协议栈实现机制

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tcp/ip协议栈属于操作系统内核层，通过提供系统调用供用户空间访问，从数据报到达最底层的网卡到最终传递给上层软件有一个过程，
当一个数据报到达时网络驱动程序把数据报放到一个队列中，同时发送一个消息给ip进程，这里ip进程是一个独立的程序，专门处理ip数据报，tcp/ip协议栈中，根据协议的功能及复杂程度，一般通过进程方式实现，而协议间的数据传递则借助于操作系统提供的进程间通讯机制，当ip进程接受了一个传入的数据报，他必须决定将其发往何处作进一步处理，如果数据报中的内容是一个报文段，则必须将其交付给TCP模块，如果他携带的是用户数据报(UDP),则必须将其交付给udp模块，以此类推。


由于TCP比较复杂，因而在许多设计方案中，有一个独立的进程来处理传入的TCP报文段，由于IP和TCP有各自独立的进程执行，因而IP和TCP必须借助进程间的通信机制来通信。


一旦tcp模块收到ip进程传送过来的报文段，就利用tcp协议端口号来寻找该报文段所属的连接，如果报文段中含有数据，TCP将把数据添加到与该连接相关的一个缓冲区中，并给发送方返回一个确认，如果输入的报文段中含有对放送出去的数据的确认，tcp输入进程还必须与tcp定时器管理进程通信，取消超时重发事件。

而处理udp数据报的进程结构与处理tcp进程采用的结构不同，由于udp比tcp要简单，udp模块不作为独立进程存在，事实上，它是由一些常规过程组成。ip进程通过调用来处理传入的udp数据报，这些过程检查udp目的站的协议端口号，根据端口号为udp数据报选择一个操作系统队列，ip进程把udp数据报放在响应的端口中，是应用程序可从这些端口中提取数据报。

TCP/UDP数据输入流程图

TCP数据报输出过程
与输入一样，tcp的输出也是很复杂的，必须先建立连接，所传送的数据必须放到报文段中，在对方发来确认之前，报文段必须不断重发，tcp把报文交给ip，由ip来处理选路和传送，系统协议栈利用两个tcp进程来处理这一复杂过程，一个为tcpout,由他来处理报文段和数据传输细节，另一个进程是tcptimer,他管理一个定时器，为超时重发事件定时，通知tcpout进程重发。下图为tcp, udp数据输出结构图。

总结：tcp/ip协议栈是计算机操作系统中的一部分，它使用进程这一抽象概念使各个协议软件互相独立，每一个进程独立执行，并提供明确的并行机制，这种系统中有ip进程，tcp输入进程，tcp输出进程和tcp定时器管理进程，同时每个应用程序还各有一个进程。


上层应用程序作为独立进程通过系统调用向tcp传递数据流或者想udp数据报，对于udp输出处理，运行某个应用程序的进程调用一个系统调用，执行一段udp过程，申请一个ip数据报，填写相应的目的地址，将udp数据封装在Ip数据报中，然后将ip数据报传递给ip进程，由ip进程发送出去。

对于tcp输出，运行应用程序的进程调用一个系统调用(socket,send..),将数据传入操作系统中，并保存在一个缓冲区内，应用进程随后通知tcp输出进程，有新的数据等待发送，当tcp输出进程执行时，他将数据流划分成报文段，然后将这些数据封装在ip数据报中，最后，tcp输出进程将ip数据报放入某一端口中，ip进程将从该端口中提取并发送这些数据报。