搞网络运维这些年,常有人问:想自己动手写个协议栈,到底要学些啥?不是说非得从零造轮子,但懂点底层原理,排查问题时心里才不慌。比如某天公司内网突然掉包,抓包发现是TCP重传频繁,这时候如果只知道重启交换机,那下次还得栽跟头。
先过一遍计算机网络基础
别急着上手代码,先把OSI七层模型和TCP/IP四层模型理清楚。虽然实际用的是TCP/IP这套,但知道物理层、数据链路层干啥的,能帮你理解为什么网线松了ping不通。重点看IP怎么寻址、TCP怎么建立连接、UDP为啥快但不可靠。这些在《计算机网络:自顶向下方法》里讲得挺透,比纯背概念强。
C语言得拿得出手
协议栈大多是C写的,Linux内核里的网络部分就是例子。你得会操作内存、搞结构体对齐、用指针访问数据包字段。比如收到一个以太网帧,前6字节目的MAC,接着6字节源MAC,再2字节类型——这些都得靠指针偏移去解析。
struct eth_hdr {
uint8_t dst[6];
uint8_t src[6];
uint16_t type;
};
struct eth_hdr *eh = (struct eth_hdr *)packet;
if (ntohs(eh->type) == 0x0800) {
// 是IPv4包
}
操作系统知识绕不开
协议栈跑在系统里,就得和内核打交道。进程怎么通过socket发数据?中断来了网卡怎么通知CPU?这些涉及系统调用、缓冲区管理、中断处理。比如写个简单的用户态协议栈,可以用raw socket收发原始包,但性能肯定不如内核态。
动手写个小玩意儿练手
光看不行,得写。可以从ARP请求开始:构造一个以太网帧,目标MAC填全F,IP地址填你想查的那个,发出去再收回应答。这过程你会遇到字节序转换(大端小端)、网卡混杂模式设置、超时重试等问题。网上有个叫smoltcp的Rust实现,代码清晰,适合对着抄。
调试能力比写代码还重要
你写的协议栈发出去的包,对方没回应?先用Wireshark抓包看看格式对不对。是不是checksum算错了?TTL设成0了?有个哥们第一次写ICMP echo request,忘了把checksum置零再计算,结果对方直接丢包,折腾一晚上才发现。
看看现成的代码咋写的
Linux内核代码太重,可以先看uIP或者LwIP,尤其是后者,很多嵌入式设备在用。打开源码,找tcp_input.c这种文件,看看它怎么处理SYN、ACK标志位。你会发现实际实现比教科书复杂得多,比如窗口缩放、时间戳选项这些细节都得照顾到。
说白了,协议栈实现不是一天两天的事。就像修车,光看书不行,得拆发动机。等你亲手让两个板子通过自己写的TCP传数据成功,那种感觉,比配通VLAN爽多了。