网络协议栈架构

Zephyr 网络协议栈是专为 Zephyr OS 设计的原生网络协议栈。它由多个层组成，每一层都旨在为其他层提供特定的服务。网络协议栈的功能可通过 Kconfig 选项进行高度配置。

网络协议栈的高层概览

网络协议栈采用分层结构，由以下几部分组成：

网络应用。 网络应用既可以使用所提供的应用层协议库，也可以直接访问 BSD socket API 来创建网络连接、收发数据和关闭连接。应用还可以使用网络管理 API 配置网络并设置网络链路选项、启动扫描（如适用）、监听网络配置事件等相关参数。网络接口 API 可用于为网络接口设置 IP 地址、关闭网络接口等。
网络协议。 这部分提供各种协议的实现，例如
- CoAP、LwM2M 和 MQTT 等应用层网络协议。相关信息见应用层协议一章。
- IPv6、IPv4、UDP、TCP、ICMPv4 和 ICMPv6 等核心网络协议。通过 BSD socket API 访问这些协议。
网络接口抽象。 这部分提供所有网络接口通用的功能，例如关闭网络接口等。系统中可以有多个网络接口。更多详情见网络接口概览。
L2 网络技术。 这部分提供与实际网络设备之间收发数据的通用 API。更多详情见 L2 概览。

这些网络技术包括以太网、IEEE 802.15.4、蓝牙、CANBUS 等。

其中一些技术支持 IPv6 报头压缩（6Lo），详情见 RFC 6282。例如，IPv4 的 ARP（RFC 826）由以太网组件完成。
网络设备驱动。 实际的低层设备驱动负责网络数据包的物理收发。

应用通常由一个或多个执行应用逻辑的线程组成。使用 BSD socket API 时，会发生以下情况。

设备驱动接收网络数据包。
设备驱动分配足够数量的网络缓冲区来存储接收到的数据。网络数据包被放入相应的接收队列（由 k_fifo 实现）。默认情况下系统中只有一个接收队列，但最多可以有 8 个接收队列。这些队列会以不同的优先级处理传入的数据包。更多详情见流量分类。接收队列还用于分离数据处理流水线（bottom-half），因为设备驱动在中断上下文中运行，必须尽可能快地完成处理。
随后，网络数据包被传递给正确的 L2 驱动。L2 驱动可以检查数据包是否正确，并在需要时进行修改，例如剥离 L2 报头和帧校验序列等。
数据包由网络接口处理。如果启用了 CONFIG_NET_STATISTICS，则收集网络统计信息。
随后数据包进入 L3 处理。如果数据包基于 IP，L3 层会检查它是否是正确的 IPv6 或 IPv4 数据包。
然后 socket 处理程序会找到该网络数据包所属的活动 socket，并将其放入该 socket 的队列中，从而将网络代码与应用分离。通常应用运行在用户空间上下文中，而网络协议栈运行在内核上下文中。
随后应用会接收数据并根据需要处理。应用应使用 BSD socket API 创建用于接收数据的 socket。

应用发送数据时应使用 BSD socket API。
应用数据被准备好发送到内核空间，然后复制到内部 net_buf 结构中。
根据 socket 类型的不同，会在数据前面添加协议报头。例如，如果 socket 是 UDP socket，则会构造 UDP 报头并将其置于数据前面。
对于 UDP 或 TCP 数据包，会为其添加 IP 报头。
网络协议栈会检查是否为该网络数据包正确设置了网络接口，并在数据排队发送之前确保网络接口已启用。
随后对网络数据包进行分类，并将其放入相应的发送队列（由 k_fifo 实现）。默认情况下系统中只有一个发送队列，但最多可以有 8 个发送队列。这些队列会以不同的优先级处理发送的数据包。更多详情见流量分类。发送数据包分类完成后，由正确的 L2 层模块检查数据包。L2 模块会对数据做进一步检查，并为网络数据包构造所需的 L2 报头。如果一切正常，数据将交给网络设备驱动发送出去。
设备驱动会将数据包发送到网络。

请注意，在 TX 和 RX 两条数据路径中，队列（k_fifo）构成了数据从一个线程传递到另一个线程的分离点。这些线程可能运行在不同的上下文中（内核与用户空间），并具有不同的优先级。

网络处理统计信息见此处。