Network Stack nedir, ne demek ve nasıl çalışır?

1. Katmanlı mimari: OSI 7 Katmanı vs TCP/IP 4 Katmanı

Ağ iletişiminde teorik olarak ISO tarafından tanımlanan OSI 7 Katmanlı Modeli, pratikte ise internetin omurgasını oluşturan TCP/IP Modeli kullanılır:

• Uygulama Katmanı (L7): HTTP/HTTPS, DNS, SSH, gRPC. Verinin kullanıcıya sunulduğu veya üretildiği seviyedir.
• Taşıma Katmanı (L4): TCP (güvenilir ve sıralı iletim), UDP (hız odaklı akış) ve QUIC (HTTP/3 tabanı). Protokol veri birimi Segment olarak adlandırılır.
• İnternet / Ağ Katmanı (L3): IPv4, IPv6, ICMP, BGP. Paketlerin dünya genelinde yönlendirilmesini sağlar. Protokol veri birimi Paket (Packet) adını alır.
• Ağ Arayüzü / Bağlantı Katmanı (L2/L1): Ethernet (802.3), Wi-Fi (802.11), fiber optik ve bakır hatlar. Protokol veri birimi Çerçeve (Frame) olarak tanımlanır.

2. Paket kapsülleme (Encapsulation) ve çözme akışı

Bir istemci web sunucusuna istek gönderdiğinde veri yığın boyunca aşağı inerken her katman kendi başlığını ekler:

[Kullanıcı Verisi: "GET / HTTP/1.1"]
                   ↓ (Taşıma Katmanı - TCP başlığı eklenir: Portlar, Sıra No)
[TCP Header | Payload]  --> TCP Segment (MSS ~1460 bayt)
                   ↓ (Ağ Katmanı - IP başlığı eklenir: Kaynak/Hedef IP)
[IP Header | TCP Header | Payload]  --> IP Paketi (MTU: 1500 bayt)
                   ↓ (Veri Bağı Katmanı - Ethernet başlığı ve FCS kuyruğu eklenir)
[Ethernet Header | IP Header | TCP Header | Payload | FCS Tail]  --> Ethernet Frame

Hedef sunucuya ulaştığında işlem tersine döner (Decapsulation); katman katman başlıklar soyulur ve veri sokete teslim edilir.

3. Linux çekirdeğinde (Kernel) Network Stack yaşam döngüsü

1. Donanım ve Ring Buffer: NIC paketi yakalar ve DMA ile RAM'deki RX Ring Buffer'a kopyalar.
2. Hard IRQ & SoftIRQ (NAPI): NIC donanım kesmesi atar; çekirdek CPU kilitlenmesini önlemek için NAPI modunda ksoftirqd ile paketleri toplu olarak (polling) işler.
3. sk_buff (Socket Buffer): Çekirdek her paket için işaretçileri taşıyan sk_buff veri yapısını tahsis eder.
4. Filtreleme ve Yönlendirme: nftables kuralları taranır ve paket yerel sokete aitse TCP durum makinesine devredilir.
5. Sistem Çağrısı: Paket soketin alma tamponuna (recv-Q) koyulur; uygulama epoll_wait() ile veriyi okur.

4. Kernel Bypass ve yeni nesil ağ: eBPF / XDP ve DPDK

• eBPF ve XDP (eXpress Data Path): Paket henüz sk_buff tahsis edilmeden ağ kartı sürücüsü katmanında filtrelenir; Cloudflare gibi devler DDoS saldırılarını çekirdeğe hiç yük bindirmeden burada düşürür.
• DPDK (Data Plane Development Kit): Çekirdeği tamamen baypas eder; kullanıcı alanındaki uygulama sıfır kopyayla doğrudan ağ kartı belleğine erişir.
• QUIC / HTTP/3: Taşıma katmanında çekirdek TCP yerine kullanıcı alanında çalışan ve Head-of-Line engellemesini aşan UDP tabanlı şifreli protokole geçilmiştir.

Sorular ve yanıtlar

İlgili terimler

İlgili araçlar