追踪Linux TCP/IP代码运行：基于2.6内核（附CD-ROM光盘1张）

从事技术性工作十余年间，作者不断地探索、研究有效的学习方法，不断地提高学习效果，最终在分析Linux内核中得出了“用中学习、用中理解”的方法。这种方法在《追踪Linux TCP/IP代码运行·基于2.6内核》中得到了很好的运用，能帮助读者顺利进入Linux的网络世界，也能使读者掌握正确的学习方法，这就是我们常讲的“授人以鱼，不如授人以渔”。
《追踪Linux TCP/IP代码运行·基于2.6内核》采取了从应用到内核，从实践到理论，从软件到硬件的讲解方式。全书通过应用程序这条主线，帮助读者剖析网络通信的具体过程和细节，让读者理解协议线的具体内容，提高读者的网络开发能力。读者在学习时不需要具备网络知识，只需要具备一定的C语言基础就可以顺利阅读。

《追踪Linux TCP/IP代码运行·基于2.6内核》以应用程序为线索，详细描述了数据包在协议栈的分段、重组、发送、接收过程，同时分析了路由的初始化和设置过程，主要包括socket应用程序、TCP/IP协议、路由、通知链、邻居子系统等内容。全书涵盖了协议栈的全部知识点，对于广大的读者来说这是一本极其难得的技术资料。同时，书中论述了网络设备的工作原理，解释了RTL8169和嵌入式CS8900、DM9000网卡设备的核心过程。
《追踪Linux TCP/IP代码运行·基于2.6内核》可作为3G网络开发人员、嵌入式通信产品开发人员、网络应用开发人员、网络管理人员及网络爱好者、从事网络方向的本科生、研究生的参考书。

秦健，嵌入式研发工程师。精通Linux内核，多年从事嵌入式软硬件开发，使用Linux平台设计电子产品。已经三十四岁的他凭借一颗热爱技术、永不放弃的心，十年如一地坚持技术研发的人生道路，推翻了“三十岁是技术员坟墓”的谬论，为年轻工程师树立了榜样。

第1章 本书的计划
1.1 基本路线和要求
技术要点：分析路线服务器程序学习要求
1.2 TCP/IP协议层的划分与基本知识
技术要点：协议层知识服务器与客户端的通信路线
1.3 函数到系统调用的过程
技术要点：库函数的真实定义系统调用的总入口及传值
1.4 网络文件系统
技术要点：网络文件系统的特点initcall机制网络文件系统的安装

第2章 socket的创建
2.1 本章几个重要数据结构
技术要点：socket结构、sock结构、sk_buff结构、tcp_sock结构的定义
2.2 分配并初始化socket结构
技术要点：分配socket结构空间分配文件节点
2.3 使用协议族的函数表初始化socket
技术要点：登记函数表定义、注册及初始化协议族结构
2.4 分配并初始化sock结构
技术要点：分配结构空间初始化sock结构及数据包队列头
2.5 TCP协议对sock结构初始化
技术要点：TCP协议的初始化函数tcp_sock等结构的关联
2.6 socket与文件系统的关联
技术要点：分配文件指针和文件号指定文件操作表

第3章 socket地址设置
3.1 地址设置接口
技术要点：地址设置过程查找socket和文件指针复制数据到内核
3.2 地址结构定义
技术要点：结构的定义及赋值协议族的设置函数网络空间结构
3.3 地址类型
技术要点：地址类型的概念 查验地址类型获取路由函数表
3.4 设置地址和端口
技术要点：地址与端口的队列结构地址与端口的查找与建立
3.5 网络空间总管initernet
技术要点：init_net结构的初始化 队列头的初始化

第4章 路由
4.1 路由函数表结构及关系图
技术要点：fib_table结构、fn_zone结构、fib_node结构及fib_info结构的关系
4.2 路由函数表的初始化
技术要点：路由表队列、路由函数表队列的初始化路由规则结构、路由函数表结构、路由区结构的定义子网掩码的作用
4.3 通过路由函数表查找路由信息
技术要点：路由区及路由节点的匹配和查找路由信息、路由跳转结构的查找
4.4 路由的设置及相关结构的初如化
技术要点：设置路由的三条路线路由配置结构的定义路由区的建立路由信息的创建和调整队列节点的链入与摘除路由跳转结构的初始化路由函数表的查找
路由别名结构的建立路由表的冲刷与释放
4.5 基于输出方向的路由表查找与创建
技术要点：路由键值结构的定义路由表结构的定义路由表队列的轮询路由表的创建与查找
4.6 基于输入方向的路由表查找与创建
技术要点：为数据包查找路由表创建转发的路由表

第5章 通知链
5.1 设备通知链节点的挂入
技术要点：通知链节点结构的定义设备配置结构的定义设备通知链的建立
5.2 地址通知链节点的挂入
技术要点：地址通知链的定义和链入
5.3 通知链的调用和执行
技术要点：网络设备结构的登记注册通知节点函数的调用

第6章 netlink概述
6.1 netlink的创建
技术要点：netlink的sock结构定义及初始化
6.2 注册路由的netlink
技术要点：路由的netlink结构定义及注册
6.3 通过netlink通信
技术要点：netlink的信息结构、消息头结构、路由消息结构的定义及初始化netlink数据包的建立及发送

第7章 监听连接请求
7.1 内核的监听函数
技术要点：协议族监听函数的调用连接数的控制监听结构的建立及定义连接请求结构及队列
7.2 内核的监听队列
技术要点：监听队列的链入过程监听队列的睡眠等待和唤醒

第8章 接收连接请求
8.1 接收连接函数
技术要点：协议族接收函数的调用定时等待连接请求
8.2 异步接收方式
技术要点：异步接收实例异步唤醒路线查询客户端sock结构和连接请求结构
8.3 获取连接请求
技术要点：客户端socket、sock结构的对接获取客户端的地址INET协议族结构的定义

第9章 准备连接请求
9.1 内核的连接函数
技术要点：客户端程序及服务器程序的通信效果协议族连接函数的调用源路由的分类和查找TCP协议的socket结构定义端口的查找与复用SYN数据包的建立路由项结构的定义MTU、MSS的作用及设置滑动窗口的初始化
9.2 分配数据包结构和数据块空间
技术要点：创建并初始化数据包共享结构的定义及数据块的分类TCP的控制结构发送队列的链入和计数数据包的结构示意图
9.3 构建、发送TCP数据包
技术要点：TCP头部的定义TCP层的发送过程克隆数据包的建立重发数据包的依据拥塞报告的建立
9.4 进化成IP数据包
技术要点：IP层的发送过程IP选项的定义IP头部的定义及初始化ID编号的生成和设置链路层头部缓存结构的定义邻居子系统的发送函数
9.5 进化成以太网数据包
技术要点：链路层头部及其缓存结构的初始化以太网头部结构的定义及初始化
9.6 发送以太网数据包
技术要点：分段发送的检测网卡驱动程序的发送过程

第10章 邻居子系统
10.1 邻居子系统的初始化
技术要点：ARP的邻居表结构、邻居结构的定义邻居表的链入查找、创建ARP的邻居函数表
10.2 查找邻居结构
技术要点：邻居结构的查找过程
10.3 邻居子系统的发送事件
技术要点：邻居结构的状态类型及检测邻居结构的定时器、定时函数ARP包的建立及初始化ARP头部的定义ARP包的发送
10.4 邻居子系统的接收处理
技术要点：ARP数据包类型结构ARP数据包的接收和处理解包获取客户端地址更新邻居结构

第11章 流量控制
11.1 排队规则的初始化
技术要点：排队规则的定义网卡设备结构的登记与注册排队规则的创建及初始化排队规则函数表的定义
11.2 排队规则的入队和发送
技术要点：排队规则的入队操作排队规则对数据包的流量控制和发送过程

第12章 建立连接的过程
12.1 驱动程序接收并建立数据包
技术要点：网卡驱动程序的接收过程构建数据包软中断数据结构的运用软中断函数的接收过程
12.2 查找数据包类型且调用其处理函数
技术要点：数据包类型结构的定义IP数据包类型及数据包类型队列IP层的接收过程
12.3 接收或转发IP数据包
技术要点：IP选项的检查源路由的执行路由表的转发和接收过程
12.4 TCP数据包的处理
技术要点：传输层函数表结构的定义TCP协议的函数表注册TCP层的接收过程查找与唤醒服务器进程
12.5 3次握手过程
技术要点：查找、创建客户端sock结构建立连接请求结构创建并发送ACK包连接请求的转接

第13章 Internet控制信息的传输
13.1 发送ICMP信息
技术要点：ICMP的作用ICMP的发送函数 ICMP信息结构、头部结构、缓存结构的定义 ICMP控制结构数组 ICMP发送速率的设置
13.2 接收ICMP信息
技术要点：ICMP协议的函数表 ICMP协议的接收过程

第14章 数据包的分段与重组
14.1 数据包的分段发送
技术要点：数据包的分段示意图 IP层的分段函数 快发送、慢发送过程 分段数据的复制
14.2 数据包的分段接收和重组
技术要点：IP层的重组函数 整理、合并分段数据包过程
14.3 分段数据包的接收队列
技术要点：IP分段队列结构INET协议族的分段队列头结构 网络空间、INET协议族的分段管理结构
14.4 查找与创建分段队列
技术要点：IPv4分段信息结构查找、创建INET分段队列头初始化IP分段队列结构
14.5 释放和销毁分段队列
技术要点：清除分段队列释放分段数据包和队列头

第15章 发送和接收数据包
15.1 内核的发送、接收函数
技术要点：3种发送、接收的系统调用过程网络文件系统的发送、接收函数
15.2 客户端发送数据包
技术要点：消息结构、缓冲区结构的定义与初始化 构建发送数据包 TCP层的发送过程TCP层的分段发送阻塞的检测
15.3 服务器接收数据包
技术要点：TCP层的接收过程预处理队列的链入和处理预处理进程的接收过程复制数据到程序的缓冲区 处理后备队列的数据包

第16章 socket的关闭
16.1 内核的关闭函数
技术要点：网络文件系统的关闭函数删除、释放异步结构 释放接收队列的数据包 释放、销毁sock结构、连接请求结构
16.2 服务器与客户端的共同关闭
技术要点：服务器与客户端FIN、ACK、RST包的交互过程状态改变与强制关闭
索引
参考文献

1．本书的主要特点
本书以socket应用过程为路线，以函数调用为线索，按照代码的执行线路将整个网络的组织和架构串联成一个整体，这是本书的最大特色。
知识点模块化是本书的另一个特点，全部的知识点被分布到各个章节结合实际场景叙述，有时在函数的过程中登台亮相，也有时随着代码的剖析赫然而出，这种灵活的安排加强了阅读的流畅性。
2．socket的概念与意义
socket这个单词是插座的意思，但是在计算机领域中有时称为插口，也有时称为套接字；无论什么称谓其作用是不变的，它是应用程序在网络通信中的桥梁与纽带。
举一个电话通信的例子，在这个例子中用客户与服务商通电话的过程来说明socket的含义与作用。客户需要打电话给服务商，因此例子中有2部电话就好比2个socket进程，电话号码是它们的socket地址，客户的电话相当于客户端socket；同理，服务商的电话相当于服务器的socket。
现在客户拿起电话开始拔打服务商的电话号码，相当于客户端socket向服务器socket发出连接请求；服务商如果此时正好空闲就可以接听电话，相当于服务器socket在等待连接请求，电话铃响起说明服务器soeket已经接收到了连接请求，此时服务商拿起电话后双方就可以正式通话了，相当于客户端与服务器的socket连接成功；通话过程中客户的声音被传送到服务商的电话中，相当于客户端socket发送数据而服务器socket接收数据；通话完成后，挂起电话则相当于关闭客户端的socket和服务器的socket。

学习过TCP/IP协议的读者可能会感觉面对长篇大论的一堆文字往往不知道从何入手，甚至很多读者在认真阅读之后也无法领会协议的作用，更无法进入内核的协议栈阅读代码，以至于无法从事网络方面的开发与维护。然而，高速发展的网络时代要求技术人员必须快速掌握和运用协议的知识，那么有没有一种有效的方法可以帮助我们实现这一目标呢？相信读者可以在本书中找到答案。
理论的学习固然是基础，但是不一定具备了理论才开始阅读代码，就像以往大家只采取背单词、记语法的方式学英语，结果十几年之后仍然不会说英语，不会用英语；因为这种英语教学方法只停留在理论层上，现代的英语教学则打破了以理论为主线的学习方法，从应用性和实用性出发，极大改变了学习的效果。因此，本书借鉴现代英语的学习模式，选择从实际应用出发，以应用程序为主线进入Linux内核，通过应用程序的工作过程层层解析内核的协议栈，揭示协议栈的工作路线及网络的真实过程，帮助读者彻底掌握协议栈，使其在阅读完本书之后有一种登上泰山顶峰的兴奋之情。目前，市场针对Linux网络的讲解书籍已经很多，但内容基本都是对理论的泛泛而谈，有的书籍缺少主线，有的书籍缺少与实际应用的结合，有的书籍采用的内核版本过于陈旧，这些问题加大了阅读的难度，导致很多读者使用“压箱子底”的办法放弃了学习。相反，本书克服了上述问题，并且在描述每一个关键过程时，采取穿插图片和逐行解释的方式解决了这些难点。
本书针对的是2.6版本的Linux内核，对于内核的进程管理、内存管理、文件系统等内容，读者可以借鉴本书推荐书籍或者直接跳过这些内容只阅读核心部分；对于难以理解的内容可以先放一放，往往在读第二遍时就会自然而解，因为内核的知识点是互为补充的。由于内容繁多，不足之处在所难免，请读者指正。
广州工程技术职业学院冯伟老师对本书的图片编辑提供了帮助，罗燕军、杨永祥、张文盛、李华、倪巍、冯伟、刘国兵、葛德奇、朱德良、罗兵、彭海、白瑜、颜诗敏、傅海荧、李柱栋、盛晓辉、修宸、张泽荣、陈嘉顺、时安营、周丹、江均勇、杨硕、罗伟彬、李洪彬、杨春雷、付金平、缪晓及钟海文也对本书的编辑提供了支持，在此向他们的辛勤付出表示感谢。