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在現(xiàn)代網(wǎng)絡通信中，數(shù)據(jù)包的發(fā)送是網(wǎng)絡通信的基礎。Linux作為一種優(yōu)秀的操作系統(tǒng)，擁有高效、穩(wěn)定的網(wǎng)絡通信機制，能夠為系統(tǒng)提供出色的網(wǎng)絡通信功能。本文將詳細解析Linux網(wǎng)絡通信中數(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：應用層、傳輸層、網(wǎng)絡層和數(shù)據(jù)鏈路層。
1. 應用層
應用層是指應用程序需要使用的協(xié)議。如HTTP、FTP、TP、POP3等。
2. 傳輸層
傳輸層是指傳輸層協(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處理的。
3. 網(wǎng)絡層
網(wǎng)絡層是指IP協(xié)議，它處理在網(wǎng)絡中的路由選擇、分組等問題。
4. 數(shù)據(jù)鏈路層
數(shù)據(jù)鏈路層負責傳輸單個數(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)送過程
接下來我們將詳細講解Linux網(wǎng)絡通信過程中數(shù)據(jù)包的發(fā)送過程。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MAC地址：在數(shù)據(jù)包的發(fā)送過程中，該字段需要使用特定的協(xié)議來解析，以獲得目標MAC地址。
傳輸層協(xié)議：TCP或者UDP。
2. 路由選擇
在Linux中，當某個網(wǎng)絡數(shù)據(jù)包不能本地處理時，它將填入IP路由表的信息。Linux的路由決策過程的實現(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）是一個協(xié)議，該協(xié)議將IP地址映射到MAC地址。在Linux網(wǎng)絡通信過程中，如果目標MAC地址未知，ARP協(xié)議將被用來確定該地址。如果ARP請求返回，則目標MAC地址將從緩存中讀取。
4. MAC地址決策和發(fā)送
當ARP請求返回后，目標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)進行比對。如果兩個地址不等，則包將被重新封裝，以便通過正確的物理接口進行發(fā)送。如果它們相等，數(shù)據(jù)包將被傳遞給物理設備進行發(fā)送。
本文簡單介紹了Linux網(wǎng)絡通信機制中數(shù)據(jù)包的發(fā)送原理。如此復雜的網(wǎng)絡通信機制，需要理解各個層次之間的關系，從而更好地理解數(shù)據(jù)包的發(fā)送過程。只有深入了解Linux的網(wǎng)絡通信過程，才能更好地理解網(wǎng)絡通信中高效穩(wěn)定的數(shù)據(jù)傳輸。
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linux 應用層用udp發(fā)送數(shù)據(jù)時有大小限制嗎？
從理論上來說，UDP數(shù)據(jù)的總長度為 65535（IP更大長度）-20（IP頭）-8（UDP頭） = 65507個字節(jié)，但大多數(shù)系統(tǒng)都達不到這個長度。這一般是受到兩個方面的因素限此遲制：
1） 應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來森清李設置緩沖區(qū)的大?。⊿etSockOpt）。一般發(fā)送UDP更好不要超過512字節(jié)，這樣基本可以保證不丟包（因為大部分網(wǎng)絡和主機的MTU都大于512）.
2） TCP/IP內(nèi)核的限制?？赡艽嬖谝恍崿F(xiàn)特性使得IP長度不能達到65535。
由于IP能夠發(fā)送或接收特定長度的數(shù)據(jù)報并不意味著接收應用程序可以讀取該長度的數(shù)據(jù)。因此，UDP編程接口允許應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)報長度大于應用程序所能處理的長度，那么會發(fā)生什么情況呢？典型的Berkeley版socket API對數(shù)據(jù)報進行截斷，并丟棄任何多余的數(shù)據(jù)；SVR4下的socket API(包括Solaris 2.x) 并不截斷數(shù)據(jù)報。超出部分數(shù)據(jù)在后面的讀取中返回。它也不通知應用程序從單個UDP數(shù)據(jù)報中多次進行讀取操作；TLI API不丟棄數(shù)據(jù)。正物相反，它返回一個標志表明可以獲得更多的數(shù)據(jù)，而應用程序后面的讀操作將返回數(shù)據(jù)報的其余部分。
UDP不會分片，分片是IP層做的事，而且分片重組也是IP層負責的。
如果用UDP發(fā)送數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)量更好不要太大，應該避免IP層和鏈路層分包，防止分片丟失，導致整個UDP數(shù)據(jù)包丟失。
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