繼上一篇介紹了數據包的接收過程後，本文將介紹在Linux系統中，數據包是如何一步一步從應用程序到網卡並最終發送出去的。
socket層
+-------------+
| Application |
+-------------+
|
|
↓
+------------------------------------------+
| socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, IPPROTO_UDP) |
+------------------------------------------+
|
|
↓
+-------------------+
| sendto(sock, ...) |
+-------------------+
|
|
↓
+--------------+
| inet_sendmsg |
+--------------+
|
|
↓
+---------------+
| inet_autobind |
+---------------+
|
|
↓
+-----------+
| UDP layer |
+-----------+
- socket(…)： 創建一個socket結構體，並初始化相應的操作函數，由於我們定義的是UDP的socket，所以裏面存放的都是跟UDP相關的函數
- sendto(sock, …)： 應用層的程序（Application）調用該函數開始發送數據包，該函數數會調用後面的inet_sendmsg
- inet_sendmsg： 該函數主要是檢查當前socket有沒有綁定源端口，如果沒有的話，調用inet_autobind分配一個，然後調用UDP層的函數
- inet_autobind： 該函數會調用socket上綁定的get_port函數獲取一個可用的端口，由於該socket是UDP的socket，所以get_port函數會調到UDP代碼裏面的相應函數。
UDP層
|
|
↓
+-------------+
| udp_sendmsg |
+-------------+
|
|
↓
+----------------------+
| ip_route_output_flow |
+----------------------+
|
|
↓
+-------------+
| ip_make_skb |
+-------------+
|
|
↓
+------------------------+
| udp_send_skb(skb, fl4) |
+------------------------+
|
|
↓
+----------+
| IP layer |
+----------+
- udp_sendmsg： udp模塊發送數據包的入口，該函數較長，在該函數中會先調用ip_route_output_flow獲取路由信息（主要包括源IP和網卡），然後調用ip_make_skb構造skb結構體，最後將網卡的信息和該skb關聯。
- ip_route_output_flow： 該函數會根據路由表和目的IP，找到這個數據包應該從哪個設備發送出去，如果該socket沒有綁定源IP，該函數還會根據路由表找到一個最合適的源IP給它。如果該socket已經綁定了源IP，但根據路由表，從這個源IP對應的網卡沒法到達目的地址，則該包會被丟棄，於是數據發送失敗，sendto函數將返回錯誤。該函數最後會將找到的設備和源IP塞進flowi4結構體並返回給udp_sendmsg
- ip_make_skb： 該函數的功能是構造skb包，構造好的skb包裏面已經分配了IP包頭，並且初始化了部分信息（IP包頭的源IP就在這裏被設置進去），同時該函數會調用__ip_append_dat，如果需要分片的話，會在__ip_append_data函數中進行分片，同時還會在該函數中檢查socket的send buffer是否已經用光，如果被用光的話，返回ENOBUFS
- udp_send_skb(skb, fl4) 主要是往skb裏面填充UDP的包頭，同時處理checksum，然後調用IP層的相應函數。
IP層
|
|
↓
+-------------+
| ip_send_skb |
+-------------+
|
|
↓
+-------------------+ +-------------------+ +---------------+
| __ip_local_out_sk |------>| NF_INET_LOCAL_OUT |------>| dst_output_sk |
+-------------------+ +-------------------+ +---------------+
|
|
↓
+------------------+ +----------------------+ +-----------+
| ip_finish_output |<-------| NF_INET_POST_ROUTING |<------| ip_output |
+------------------+ +----------------------+ +-----------+
|
|
↓
+-------------------+ +------------------+ +----------------------+
| ip_finish_output2 |----->| dst_neigh_output |------>| neigh_resolve_output |
+-------------------+ +------------------+ +----------------------+
|
|
↓
+----------------+
| dev_queue_xmit |
+----------------+
- ip_send_skb： IP模塊發送數據包的入口，該函數只是簡單的調用一下後面的函數
- __ip_local_out_sk： 設置IP報文頭的長度和checksum，然後調用下面netfilter的鉤子
- NF_INET_LOCAL_OUT： netfilter的鉤子，可以通過iptables來配置怎麼處理該數據包，如果該數據包沒被丟棄，則繼續往下走
- dst_output_sk： 該函數根據skb裏面的信息，調用相應的output函數，在我們UDP IPv4這種情況下，會調用ip_output
- ip_output： 將上面udp_sendmsg得到的網卡信息寫入skb，然後調用NF_INET_POST_ROUTING的鉤子
- NF_INET_POST_ROUTING： 在這裏，用戶有可能配置了SNAT，從而導致該skb的路由信息發生變化
- ip_finish_output： 這裏會判斷經過了上一步後，路由信息是否發生變化，如果發生變化的話，需要重新調用dst_output_sk（重新調用這個函數時，可能就不會再走到ip_output，而是走到被netfilter指定的output函數裏，這裏有可能是xfrm4_transport_output），否則往下走
- ip_finish_output2： 根據目的IP到路由表裏面找到下一跳(nexthop)的地址，然後調用__ipv4_neigh_lookup_noref去arp表裏面找下一跳的neigh信息，沒找到的話會調用__neigh_create構造一個空的neigh結構體
- dst_neigh_output： 在該函數中，如果上一步ip_finish_output2沒得到neigh信息，那麼將會走到函數neigh_resolve_output中，否則直接調用neigh_hh_output，在該函數中，會將neigh信息裏面的mac地址填到skb中，然後調用dev_queue_xmit發送數據包
- neigh_resolve_output： 該函數裏面會發送arp請求，得到下一跳的mac地址，然後將mac地址填到skb中並調用dev_queue_xmit
netdevice子系統
|
|
↓
+----------------+
+----------------| dev_queue_xmit |
| +----------------+
| |
| |
| ↓
| +-----------------+
| | Traffic Control |
| +-----------------+
| loopback |
| or +--------------------------------------------------------------+
| IP tunnels ↓ |
| ↓ |
| +---------------------+ Failed +----------------------+ +---------------+
+----------->| dev_hard_start_xmit |---------->| raise NET_TX_SOFTIRQ |- - - - >| net_tx_action |
+---------------------+ +----------------------+ +---------------+
|
+----------------------------------+
| |
↓ ↓
+----------------+ +------------------------+
| ndo_start_xmit | | packet taps(AF_PACKET) |
+----------------+ +------------------------+
- dev_queue_xmit： netdevice子系統的入口函數，在該函數中，會先獲取設備對應的qdisc，如果沒有的話（如loopback或者IP tunnels），就直接調用dev_hard_start_xmit，否則數據包將經過Traffic Control模塊進行處理
- Traffic Control： 這裏主要是進行一些過濾和優先級處理，在這裏，如果隊列滿了的話，數據包會被丟掉，詳情請參考文檔，這步完成後也會走到dev_hard_start_xmit
- dev_hard_start_xmit： 該函數中，首先是拷貝一份skb給“packet taps”，tcpdump就是從這裏得到數據的，然後調用ndo_start_xmit。如果dev_hard_start_xmit返回錯誤的話（大部分情況可能是NETDEV_TX_BUSY），調用它的函數會把skb放到一個地方，然後拋出軟中斷NET_TX_SOFTIRQ，交給軟中斷處理程序net_tx_action稍後重試（如果是loopback或者IP tunnels的話，失敗後不會有重試的邏輯）
- ndo_start_xmit： 這是一個函數指針，會指向具體驅動發送數據的函數
Device Driver
ndo_start_xmit會綁定到具體網卡驅動的相應函數，到這步之後，就歸網卡驅動管了，不同的網卡驅動有不同的處理方式，這裏不做詳細介紹，其大概流程如下：
- 將skb放入網卡自己的發送隊列
- 通知網卡發送數據包
- 網卡發送完成後發送中斷給CPU
- 收到中斷後進行skb的清理工作
在網卡驅動發送數據包過程中，會有一些地方需要和netdevice子系統打交道，比如網卡的隊列滿了，需要告訴上層不要再發了，等隊列有空閒的時候，再通知上層接着發數據。
其它
- SO_SNDBUF: 從上面的流程中可以看出來，對於UDP來說，沒有一個對應send buffer存在，SO_SNDBUF只是一個限制，當這個socket分配的skb佔用的內存超過這個值的時候，會返回ENOBUFS，所以說只要不出現ENOBUFS錯誤，把這個值調大沒有意義。從sendto函數的幫助文件裏面看到這樣一句話：(Normally,this does not occur in Linux. Packets are just silently dropped when a device queue overflows.)。這裏的device queue應該指的是Traffic Control裏面的queue，說明在linux裏面，默認的SO_SNDBUF值已經夠queue用了，疑問的地方是，queue的長度和個數是可以配置的，如果配置太大的話，按道理應該有可能會出現ENOBUFS的情況。
- txqueuelen: 很多地方都說這個是控制qdisc裏queue的長度的，但貌似只是部分類型的qdisc用了該配置，如linux默認的pfifo_fast。
- hardware RX: 一般網卡都有一個自己的ring queue，這個queue的大小可以通過ethtool來配置，當驅動收到發送請求時，一般是放到這個queue裏面，然後通知網卡發送數據，當這個queue滿的時候，會給上層調用返回NETDEV_TX_BUSY
- packet taps(AF_PACKET): 當第一次發送數據包和重試發送數據包時，都會經過這裏，如果發生重試的情況的話，不確定tcpdump是否會抓到兩次包，按道理應該不會，可能是我哪裏沒看懂