level-ip之虛擬網(wǎng)卡接口封裝

時間：2021-07-06 22:23:50

關(guān)鍵字： level-ip 虛擬網(wǎng)卡網(wǎng)卡

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[導(dǎo)讀]這篇文章主要是講解level-ip如何實(shí)現(xiàn)虛擬網(wǎng)卡接口封裝，源碼級解析！

閱讀本文需要對level-ip的整體架構(gòu)有所了解，如果讀者尚未接觸過level-ip，請先閱讀下文:
分享一款Linux平臺下的tcp協(xié)議棧！超級透徹!
請根據(jù)上述文章中的指引獲取leve-ip的全部源碼，并且嘗試在任意Linux發(fā)行版本上編譯運(yùn)行。

前言

在整個tcp/ip協(xié)議棧中，對協(xié)議是進(jìn)行上下分層的。用戶需要收發(fā)的數(shù)據(jù)在不同協(xié)議層中傳輸時，會添加和刪除各種協(xié)議包頭。如下圖:
我們暫且先把tcp協(xié)議棧粗淺地理解為:為用戶數(shù)據(jù)添加各種包頭，然后發(fā)送出去。等接收到數(shù)據(jù)之后，又按相反的順序，解析出數(shù)據(jù)包中的有效數(shù)據(jù)，然后傳輸給用戶程序。
既然數(shù)據(jù)是層層遞交的，那么我們就應(yīng)該先設(shè)計好每一層協(xié)議所需要使用到的接口。這一章，我們就來分析最底層的虛擬網(wǎng)卡接口。這個虛擬網(wǎng)卡接口，以后就負(fù)責(zé)幫助我們跟互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)收發(fā)。

虛擬網(wǎng)卡接口封裝

在前面的文章中，我們已經(jīng)講解了虛擬網(wǎng)卡的基本原理，明白虛擬網(wǎng)卡在Linux系統(tǒng)下的設(shè)備文件為"/dev/net/tun"。
下面我們來分析源碼，看如何對虛擬網(wǎng)卡的設(shè)備文件接口進(jìn)行封裝，以方便我們?nèi)蘸笫瞻l(fā)數(shù)據(jù)。

打開虛擬網(wǎng)卡設(shè)備文件

學(xué)習(xí)過Linux系統(tǒng)編程的小伙伴應(yīng)該知道，Linux下有"一切皆文件"的哲學(xué)思想，我們想要使用虛擬網(wǎng)卡，就應(yīng)該先用open函數(shù)打開虛擬網(wǎng)卡文件，獲取它的文件描述符之后，然后才能對它進(jìn)行讀寫等操作。
在level-ip\src\tuntap_if.c文件中，有一個tun_init()函數(shù)。該函數(shù)在main()函數(shù)中被調(diào)用，負(fù)責(zé)初始化虛擬網(wǎng)卡設(shè)備。如下圖:
我們在這里主要是關(guān)注其中的tun_calloc()函數(shù)，在這個函數(shù)里面，就打開了"/dev/net/tun"設(shè)備文件,如下圖:

設(shè)置虛擬網(wǎng)卡屬性

我們的虛擬網(wǎng)卡，有很多不同屬性，在這里我們要去配置虛擬網(wǎng)卡為tap網(wǎng)卡，該類型網(wǎng)卡可以抓取以太網(wǎng)層數(shù)據(jù)包。配置過程也是tun_calloc()函數(shù)中完成的。如下圖:
其中,配置屬性如下:

IFF_TUN: 創(chuàng)建一個點(diǎn)對點(diǎn)設(shè)備
IFF_TAP: 創(chuàng)建一個以太網(wǎng)設(shè)備
IFF_NO_PI: 不包含包信息，默認(rèn)的每個數(shù)據(jù)包當(dāng)傳到用戶空間時，都將包含一個附加的包頭來保存包信息

然后使用ioctl()函數(shù)進(jìn)行屬性的配置，關(guān)于虛擬網(wǎng)卡在驅(qū)動程序的詳細(xì)配置過程，可以參考這篇文章的分析:分享一款Linux平臺下的tcp協(xié)議棧！超級透徹!

封裝虛擬網(wǎng)卡讀取接口--tun_read

tun_read()其實(shí)就是對read()函數(shù)的簡單封裝，此處封裝的意義，是用來唯一標(biāo)識出虛擬網(wǎng)卡數(shù)據(jù)讀取接口。如下圖:

封裝虛擬網(wǎng)卡發(fā)送接口--tun_write

tun_write其實(shí)就是對write()函數(shù)的簡單封裝，此處封裝的意義，是用來唯一標(biāo)識出虛擬網(wǎng)卡數(shù)據(jù)發(fā)送接口。如下圖:

總結(jié)

到這里，我們就完成了虛擬網(wǎng)卡讀寫接口的封裝，這是我們?nèi)f里長征的第一步，也是最重要的一步。從上面tcp協(xié)議棧的層次圖可以看出來，它是實(shí)現(xiàn)以太網(wǎng)協(xié)議的關(guān)鍵依賴接口，以后我們將會基于這些接口，封裝出以太網(wǎng)協(xié)議上的數(shù)據(jù)收發(fā)接口。