¿Qué es Network Stack?

Arquitectura de capa 1: OSI Capa 7 frente a TCP/IP Capa 4

En la comunicación de red, en teoría se utiliza el modelo OSI de 7 capas definido por ISO y en la práctica el modelo TCP/IP, que forma la columna vertebral de Internet:

• Capa de aplicación (L7): HTTP/HTTPS, DNS, SSH, gRPC. Es el nivel en el que los datos se presentan o producen al usuario.
• Capa de transporte (L4): TCP (transmisión confiable y secuencial), UDP (streaming orientado a velocidad) y QUIC (HTTP/3 base). La unidad de datos del protocolo se llama Segmento.
• Capa de Internet/Red (L3): IPv4, IPv6, ICMP, BGP. Permite enrutar paquetes alrededor del mundo. La unidad de datos del protocolo se llama Paquete.
• Interfaz de Red / Capa de Enlace (L2/L1): Ethernet (802.3), Wi-Fi (802.11), fibra óptica y líneas de cobre. La unidad de datos del protocolo se define como Trama.

2. Flujo de encapsulación y decodificación de paquetes

Cuando un cliente envía una solicitud al servidor web, cada capa agrega su propio encabezado a medida que los datos descienden por la pila:

[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

Cuando llega al servidor de destino, el proceso se invierte (Decapsulación); Capa por capa se eliminan los encabezados y los datos se entregan al socket.

3. Ciclo de vida de Network Stack en el kernel de Linux

1. Hardware y búfer de anillo: la NIC captura el paquete y lo copia a través de DMA al búfer de anillo RX en la RAM.
2. Hard IRQ y SoftIRQ (NAPI): la NIC genera una interrupción de hardware; El kernel sondea los paquetes con ksoftirqd en modo NAPI para evitar el bloqueo de la CPU.
3. sk_buff (Socket Buffer): el kernel asigna la estructura de datos sk_buff que transporta punteros para cada paquete.
4. Filtrado y enrutamiento: las reglas de nftables se escanean y, si el paquete pertenece al socket local, se entrega a la máquina de estado TCP.
5. Llamada al sistema: el paquete se coloca en el búfer de recepción del socket (recv-Q); La aplicación lee los datos con epoll_wait().

4. Kernel Bypass y redes de próxima generación: eBPF/XDP y DPDK

• eBPF y XDP (eXpress Data Path): el paquete se filtra en la capa del controlador de la tarjeta de red antes de que se asigne sk_buff; Aquí es donde gigantes como Cloudflare reducen los ataques DDoS sin cargar el núcleo.
• DPDK (Kit de desarrollo de plano de datos): omite el kernel por completo; La aplicación en el espacio del usuario accede directamente a la memoria de la tarjeta de red sin copias.
• QUIC / HTTP/3: en lugar de TCP central en la capa de transporte, se ha cambiado un protocolo cifrado basado en UDP que se ejecuta en el espacio del usuario y supera el bloqueo de cabecera.

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