網卡
網卡工作在實體層和資料鍊路層，主要由PHY/MAC晶片、Tx/Rx FIFO、DMA等組成，其中網線通過變壓器接PHY晶片、PHY晶片通過MII接MAC晶片、MAC晶片接PCI總線
PHY晶片主要負責：CSMA/CD、模數轉換、編解碼、串并轉換
MAC晶片主要負責：
1. 比特流和幀的轉換：7位元組的前導碼Preamble和1位元組的幀首定界符SFD
2. CRC校驗
3. Packet Filtering：L2 Filtering、VLAN Filtering、Manageability / Host Filtering
Intel的千兆網卡以82575/82576為代表、萬兆網卡以82598/82599為代表
收發包過程圖
ixgbe_adapter包含ixgbe_q_vector數組（一個ixgbe_q_vector對應一個中斷），ixgbe_q_vector包含napi_struct
硬中斷函數把napi_struct加入CPU的poll_list，軟中斷函數net_rx_action()周遊poll_list，執行poll函數
發包過程
1、網卡驅動建立tx descriptor ring（一緻性DMA記憶體），将tx descriptor ring的總線位址寫入網卡寄存器TDBA
2、協定棧通過dev_queue_xmit()将sk_buff下送網卡驅動
3、網卡驅動将sk_buff放入tx descriptor ring，更新TDT
4、DMA感覺到TDT的改變後，找到tx descriptor ring中下一個将要使用的descriptor
5、DMA通過PCI總線将descriptor的資料緩存區複制到Tx FIFO
6、複制完後，通過MAC晶片将資料包發送出去
7、發送完後，網卡更新TDH，啟動硬中斷通知CPU釋放資料緩存區中的資料包
Tx Ring Buffer
收包過程
1、網卡驅動建立rx descriptor ring（一緻性DMA記憶體），将rx descriptor ring的總線位址寫入網卡寄存器RDBA
2、網卡驅動為每個descriptor配置設定sk_buff和資料緩存區，流式DMA映射資料緩存區，将資料緩存區的總線位址儲存到descriptor
3、網卡接收資料包，将資料包寫入Rx FIFO
4、DMA找到rx descriptor ring中下一個将要使用的descriptor
5、整個資料包寫入Rx FIFO後，DMA通過PCI總線将Rx FIFO中的資料包複制到descriptor的資料緩存區
6、複制完後，網卡啟動硬中斷通知CPU資料緩存區中已經有新的資料包了，CPU執行硬中斷函數：
- NAPI（以e1000網卡為例）：e1000_intr() -> __napi_schedule() -> __raise_softirq_irqoff(NET_RX_SOFTIRQ)
- 非NAPI（以dm9000網卡為例）：dm9000_interrupt() -> dm9000_rx() -> netif_rx() -> napi_schedule() -> __napi_schedule() -> __raise_softirq_irqoff(NET_RX_SOFTIRQ)
7、ksoftirqd執行軟中斷函數net_rx_action()：
- NAPI（以e1000網卡為例）：net_rx_action() -> e1000_clean() -> e1000_clean_rx_irq() -> e1000_receive_skb() -> netif_receive_skb()
- 非NAPI（以dm9000網卡為例）：net_rx_action() -> process_backlog() -> netif_receive_skb()
8、網卡驅動通過netif_receive_skb()将sk_buff上送協定棧
Rx Ring Buffer
軟體(SW)向從next_to_use開始的N個descriptor補充sk_buff，next_to_use += N，tail = next_to_use - 1（設定網卡寄存器RDT）
硬體(HW)向從head開始的M個descriptor的sk_buff複制資料包并設定DD，head += M
SW将從next_to_clean的開始的L個sk_buff移出Rx Ring Buffer交給協定棧，next_to_clean += L，向從next_to_use開始的L個descriptor補充sk_buff，next_to_use += L，tail = next_to_use - 1
注意：每次補充完sk_buff以後，tail、next_to_use、next_to_clean三者都是緊挨着的
中斷上下部
do_IRQ()是CPU處理硬中斷的總入口，在do_IRQ()中調用硬中斷函數
netif_rx()
在netif_rx()中把skb加入CPU的softnet_data
RSS + FDIR
FDIR（Flow Director）的優先級高于RSS（Receive Side Scaling）
RSS通過計算包的五元組（sip、sport、dip、dport、protocol）的hash并取餘，得到隊列的index，然後将包放入這個隊列，實作了資料包在各個隊列之間的負載均衡，不過RSS不能保證回包也落在同一個隊列上
對稱hash（sip/sport和dip/dport交換後hash不變）可以部分解決該問題，但是對于一些需要做NAT的裝置（比如負載均衡）就失效了，FDIR可以完全解決該問題，參見https://tech.meituan.com/MGW.html
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原文：https://blog.csdn.net/hz5034/article/details/79794615?utm_source=copy