以snull为例分析linux网络驱动程序的技术文档

以snull为例分析linux网卡驱动的技术文档

网络设备，即网络接口，在操作系统核心级上处理包的发送和接收。与块设备一样，网络接口也在特定的数据结构之中注册自己，以利于在跟外界进行包交换的时候被调用；但是它不象块设备一样存在于文件系统当中。二者最主要的区别在于：块设备是收到要求，才向内核发送一个块缓冲区的内容；网络接口是主动向内核推入从接口进入的包。Linux核心的网络子系统，在设计的时候是完全独立于协议的，对网络协议（如IP对IPX或其它）和硬件协议（以太网对令牌环等等）都是一样的。一个网络接口的驱动和内核的交互是一次处理一个网络包，这样就可以让协议问题巧妙的隐藏在驱动后面，也可以让物理上的传输隐藏在协议后面。

在下面的讲述中，我们将以一个基于内存的（即纯软件的）模块化网络接口，SNULL，来作为示例。为了简化讨论，我们让snull使用以太网协议并传输IP包。

How snull Is Designed

SNULL的设计

snull模块有两个接口，并且不同于loopback接口，它看起来就像两个外部的连接，但实际上是依赖于一个计算机本身。我们把snull指定上IP地址，这样并不影响通用性的编码，只是在示例的时候比较方便。两个接口sn0和sn1对应两个C类网络snullnet0和snullnet1，local0和local1是对sn0和sn1接口指定的IP地址，而remote0和remote1分别是snullnet0和snullnet1网络中的两个主机。我们在/etc/networks文件中加入：

snullnet0 192.168.0.0

snullnet1 192.168.1.0

在/etc/hosts文件中加入：

192.168.0.88 local0

192.168.0.99 remote0

192.168.1.99 local1

192.168.1.88 remote1

并使用下面的命令建立路由信息：

# ifconfig sn0 local0

# route add -net snullnet0 netmask 255.255.255.0 sn0

# ifconfig sn1 local1

# route add -net snullnet1 netmask 255.255.255.0 sn1

由于Linux的内核是不会把一个包从一个接口直接传送到本机另一个接口的，因此在实现上采用了一些技巧，就是在传输数据的过程中修改源和目的地址。换句话说就是让发出的包被本地的另一个接口所接收，但是接收接口由不被认为是本地的。具体的做法就是修改IP地址，把目标地址的第三个字节置反，那么发往remote0(192.168.0.99)的包就变成了去往local1(192.168.1.99)的包，回到了本机的另一个接口。这样我们就可以让remote端的接口变得可达，也显示了怎样让通过snull到达remote0和remote1.

The Physical Transprot of Packets

包的物理传输

就数据的传输过程来说，snull接口应该算作以太网一类的，示例代码也使用了内核对

以太网的支持。使用以太网模型建立snull首先是因为以太网设备太为通用了。其次snull 也可以在接口上运行tcpdump，当然，运行tcpdump的话，接口就要叫做ethx，而不是snx。snull模块已经准备好将自己声明为ethx. 如果在insmod命令中指定eth=1，则该功能就被选中。如果忘了给snull起一个eth的名字，tcpdump就会拒绝转储接口，并返回一个unknown physical layer type 的错误。

在实际中，snull的代码还会对包进行侦听甚至修改它，因为这是要求代码做的。snull 的代码会修改每个包的IP包头中的源、目的和校验和，但不检查这个包是否真正的包含IP 信息。这种修改方式捣毁非IP包。

Connecting to the Kernel

连接内核

我们通过剖析snull的源程序来看看网络驱动的结构。同时参看一些驱动程序的源码，有助于下面的讨论。内核的驱动程序，由易到难，可以参看loopback.c, plip.c, 3c509.c; 可以作为示例代码还有skeleton.c，尽管它并不能真正运行。3c59x.c和tulip.c是pci的并运用DMA 的例子。

Module Loading

模块加载

当一个驱动模块载入运行的内核中的时候，它需要申请资源并向核心提供调用接口。申请资源并没有什么特别的，驱动要探测它的设备和硬件的位置（I/O端口和IRQ中断请求号），但是并不进行登记。一个网络驱动的登记是通过它的init_module 函数完成的，这一点不同于字符设备和块设备的驱动程序,不同于取得一个设备描述符或者文件描述符，对于网络设备，有一张全局的网络设备列表，驱动程序对每一个新探测到的接口都会在该表中插入一个数据结构。

每个接口由一个struct device 项来描述。两个snull 接口sn0 和sn1 的结构声明如下：

char snull_names[16]; /* 2 8-byte buffers */

struct device snull_devs[2] = {

{

snull_name, /* name -- set at load time */

0, 0, 0, 0, /* shmem addresses */

0x000, /* ioport */

0, /* irq line */

0, 0, 0, /* various flags, init to 0 */

NULL, /* next ptr */

snull_init, /* init function, fill other fields with NULLs */

},

{

snull_name+8, /* name -- set at load time */

0, 0, 0, 0, /* shmem addresses */

0x000, /* ioport */

0, /* irq line */

0, 0, 0, /* various flags, init to 0 */

NULL, /* next ptr */