Qu'est-ce que Network Stack ?

1. Architecture en couches : 7 couches OSI vs 4 couches TCP/IP

Dans la communication réseau, le modèle OSI à 7 couches défini théoriquement par l'ISO est utilisé, tandis qu'en pratique, c'est le modèle TCP/IP qui constitue l'épine dorsale d'Internet :

• Couche Application (L7) : HTTP/HTTPS, DNS, SSH, gRPC. Il s'agit du niveau où les données sont présentées à l'utilisateur ou générées par celui-ci.
• Couche Transport (L4) : TCP (transmission fiable et ordonnée), UDP (flux axé sur la vitesse) et QUIC (base de HTTP/3). L'unité de données de protocole est appelée Segment.
• Couche Internet / Réseau (L3) : IPv4, IPv6, ICMP, BGP. Assure le routage des paquets à l'échelle mondiale. L'unité de données de protocole est appelée paquet (Packet).
• Interface réseau / Couche de liaison (L2/L1) : Ethernet (802.3), Wi-Fi (802.11), fibre optique et lignes en cuivre. L'unité de données de protocole est définie comme une trame (Frame).

2. Flux d'encapsulation et de décapsulation des paquets

Lorsqu'un client envoie une requête à un serveur web, les données descendent la pile et chaque couche ajoute son propre en-tête :

[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

Une fois arrivé sur le serveur cible, le processus s'inverse (décapsulation) ; les en-têtes sont retirés couche par couche et les données sont transmises au socket.

3. Cycle de vie de la pile réseau dans le noyau Linux (Kernel)

1. Matériel et Ring Buffer : La carte réseau (NIC) capture le paquet et le copie dans le RX Ring Buffer de la RAM via DMA.
2. Hard IRQ & SoftIRQ (NAPI) : La carte réseau (NIC) déclenche une interruption matérielle ; pour éviter le blocage du CPU, le noyau traite les paquets par lots (polling) via ksoftirqd en mode NAPI.
3. sk_buff (Socket Buffer) : Le noyau alloue la structure de données sk_buff, qui contient les pointeurs pour chaque paquet.
4. Filtrage et routage : les règles nftables sont analysées et, si le paquet appartient à une socket locale, il est transmis à la machine d'état TCP.
5. Appel système : Le paquet est placé dans le tampon de réception (recv-Q) du socket ; l'application lit les données via epoll_wait().

4. Kernel Bypass et réseau de nouvelle génération : eBPF / XDP et DPDK

• eBPF et XDP (eXpress Data Path) : le paquet est filtré au niveau de la couche pilote de la carte réseau avant même l'allocation du sk_buff ; des géants comme Cloudflare y bloquent les attaques DDoS sans aucune charge pour le noyau.
• DPDK (Data Plane Development Kit) : contourne entièrement le noyau ; l'application en espace utilisateur accède directement à la mémoire de la carte réseau avec zéro copie.
• QUIC / HTTP/3 : Le protocole de transport TCP au niveau du noyau a été remplacé par un protocole chiffré basé sur UDP, fonctionnant dans l'espace utilisateur et permettant de contourner le blocage en tête de ligne (Head-of-Line blocking).

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