1.3. Основы сетевого взаимодействия в ОС Linux

ОС Linux, как и другие операционные системы, поддерживает множество методов обмена данными и работы в сети. Главным образом это означает взаимодействие с другими системами в сетях TCP/IP. В этой разделе мы коротко рассмотрим основы стека протоколов TCP/IP, IP-адресацию и остановимся на основных командах, используемых для настройки сетевого взаимодействия. Данный материал является базовым для понимания работы сетевых сервисов, которые будут рассматриваться в модуле 3.
Как было замечено ранее, поддержка сетевых взаимодействий является одной из наиболее сильных сторон ОС Linux как в отношении поддерживаемых функций, так и в отношении производительности. ОС Linux обеспечивает полную реализацию стека протоколов TCP/IP.
Тема сетевого взаимодействия особенно важна при подготовке к сертификационному экзамену RHCE, поскольку на данном экзамене вам предстоит настраивать сетевые сервисы и объяснять механизмы их работы.

1.3.1. Сетевой стек ядра ОС Linux

Одним из основных преимуществ ОС Linux является ее сетевой стек. Сетевой стек ОС Linux разработан на основе сетевого стека BSD и содержит четко организованный набор интерфейсов взаимодействия. В данный набор входят как независимые от сетевых протоколов интерфейсы взаимодействия, такие как сокеты или физические устройства, так и интерфейсы взаимодействия, относящиеся к различным сетевым протоколам. На рисунке изображена общая структурная схема сетевого стека ОС Linux. Самым верхним уровнем в сетевом стеке ОС Linux является уровень пространства пользователя (прикладной уровень), который определяет пользователей сетевого стека. Самым нижним уровнем сетевого стека ОС Linux является уровень физических устройств, который обеспечивает сетевое взаимодействие в различных сетях, например, таких как высокоскоростные сети Ethernet. Средним уровнем сетевого стека ОС Linux является уровень пространства ядра (сетевая подсистема ОС Linux). От данного уровня зависит производительность и надежность обработки всех сетевых потоков данных, с учетом стабильной работы остальных уровней.

Рисунок Сетевой стек ОС Linux.

Как видно из рисунка самым первым элементом в сетевой подсистеме ОС Linux является интерфейс системных вызовов, который предоставляет доступ пользовательским приложениям к сетевой подсистеме ОС Linux. Далее следует интерфейс взаимодействия с протоколами, содержащий общие процедуры взаимодействия с протоколами транспортного уровня. Следом располагается непосредственно описание транспортных протоколов, таких как TCP, UDP и IP, которые являются встроенными в ядро. Далее следует интерфейс взаимодействия с устройствами, через который осуществляется обращение к драйверам физических устройств, которые замыкают сетевую подсистему ОС Linux.
Все сетевое взаимодействие, с точки зрения ядра, в ОС Linux осуществляется через сокеты, содержащие описание протокола и операции, которые можно над ним осуществить. Обмен пакетными данными между сокетами осуществляется при помощи буфера сокетов (skbuff), который так же содержит дополнительную информацию, такую как заголовки пакетов, время отправки и приема пакета и тип устройства, которым необходимо обработать пакет.