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[导读]这篇文章主要是讲解level-ip如何实现虚拟网卡接口封装,源码级解析!

阅读本文需要对level-ip的整体架构有所了解,如果读者尚未接触过level-ip,请先阅读下文:
分享一款Linux平台下的tcp协议栈!超级透彻!
请根据上述文章中的指引获取leve-ip的全部源码,并且尝试在任意Linux发行版本上编译运行。

前言

在整个tcp/ip协议栈中,对协议是进行上下分层的。用户需要收发的数据在不同协议层中传输时,会添加和删除各种协议包头。如下图:
我们暂且先把tcp协议栈粗浅地理解为:为用户数据添加各种包头,然后发送出去。等接收到数据之后,又按相反的顺序,解析出数据包中的有效数据,然后传输给用户程序。
既然数据是层层递交的,那么我们就应该先设计好每一层协议所需要使用到的接口。这一章,我们就来分析最底层的虚拟网卡接口。这个虚拟网卡接口,以后就负责帮助我们跟互联网进行数据收发。

虚拟网卡接口封装

在前面的文章中,我们已经讲解了虚拟网卡的基本原理,明白虚拟网卡在Linux系统下的设备文件为"/dev/net/tun"。
下面我们来分析源码,看如何对虚拟网卡的设备文件接口进行封装,以方便我们日后收发数据。

打开虚拟网卡设备文件

学习过Linux系统编程的小伙伴应该知道,Linux下有"一切皆文件"的哲学思想,我们想要使用虚拟网卡,就应该先用open函数打开虚拟网卡文件,获取它的文件描述符之后,然后才能对它进行读写等操作。
在level-ip\src\tuntap_if.c文件中,有一个tun_init()函数。该函数在main()函数中被调用,负责初始化虚拟网卡设备。如下图:
我们在这里主要是关注其中的tun_calloc()函数,在这个函数里面,就打开了"/dev/net/tun"设备文件,如下图:

设置虚拟网卡属性

我们的虚拟网卡,有很多不同属性,在这里我们要去配置虚拟网卡为tap网卡,该类型网卡可以抓取以太网层数据包。配置过程也是tun_calloc()函数中完成的。如下图:
其中,配置属性如下:
  • IFF_TUN: 创建一个点对点设备
  • IFF_TAP: 创建一个以太网设备
  • IFF_NO_PI: 不包含包信息,默认的每个数据包当传到用户空间时,都将包含一个附加的包头来保存包信息
然后使用ioctl()函数进行属性的配置,关于虚拟网卡在驱动程序的详细配置过程,可以参考这篇文章的分析:分享一款Linux平台下的tcp协议栈!超级透彻!

封装虚拟网卡读取接口--tun_read

tun_read()其实就是对read()函数的简单封装,此处封装的意义,是用来唯一标识出虚拟网卡数据读取接口。如下图:

封装虚拟网卡发送接口--tun_write

tun_write其实就是对write()函数的简单封装,此处封装的意义,是用来唯一标识出虚拟网卡数据发送接口。如下图:

总结

到这里,我们就完成了虚拟网卡读写接口的封装,这是我们万里长征的第一步,也是最重要的一步。从上面tcp协议栈的层次图可以看出来,它是实现以太网协议的关键依赖接口,以后我们将会基于这些接口,封装出以太网协议上的数据收发接口。









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