17.11. MAC 地址解析

17.11.?MAC 地址解析

以太網(wǎng)通訊的一個(gè)有趣的方面是如何將 MAC 地址( 接口的唯一硬件 ID )和 IP 編號(hào)結(jié)合起來. 大部分協(xié)議有類似的問題, 但我們這里集中于類以太網(wǎng)的情況. 我們?cè)噲D提供這個(gè)問題的完整描述, 因此我們展示三個(gè)情形: ARP, 無 ARP 的以太網(wǎng)頭部( 例如 plip), 以及非以太網(wǎng)頭部.

17.11.1.?以太網(wǎng)使用 ARP

處理地址解析的通常方法是使用 Address Resolution Protocol (ARP). 幸運(yùn)的是, ARP 由內(nèi)核來管理, 并且一個(gè)以太網(wǎng)接口不需要做特別的事情來支持 ARP. 只要 dev->addr 和 dev->addr_len 在 open 時(shí)正確的賦值了, 驅(qū)動(dòng)就不需要擔(dān)心解決 IP 編號(hào)對(duì)應(yīng)于 MAC 地址; ether_setup 安排正確的設(shè)備方法給 dev->hard_header 和 dev_rebuild_header.

盡管通常內(nèi)核處理地址解析的細(xì)節(jié)(并且緩存結(jié)果), 它需要接口驅(qū)動(dòng)來幫助建立報(bào)文. 畢竟, 驅(qū)動(dòng)知道物理層頭部細(xì)節(jié), 然而網(wǎng)絡(luò)代碼的作者已經(jīng)試圖隔離內(nèi)核其他部分. 為此, 內(nèi)核調(diào)用驅(qū)動(dòng)的 hard_header 方法使用 ARP 查詢的結(jié)果來布置報(bào)文. 正常地, 以太網(wǎng)驅(qū)動(dòng)編寫者不需要知道這個(gè)過程 -- 公共的以太網(wǎng)代碼負(fù)責(zé)了所有事情.

17.11.2.?不考慮 ARP

簡單的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)接口, 例如 plip, 可能從使用以太網(wǎng)頭部中受益, 而避免來回發(fā)送 ARP 報(bào)文的開銷. snull 中的例子代碼也屬于這一類的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備. snull 不能使用 ARP 因?yàn)轵?qū)動(dòng)改變發(fā)送報(bào)文中的 IP 地址, ARP 報(bào)文也交換 IP 地址. 盡管我們可能輕易實(shí)現(xiàn)了一個(gè)簡單 ARP 應(yīng)答發(fā)生器, 更多的是演示性的來展示如何直接處理網(wǎng)絡(luò)層頭部.

如果你的設(shè)備想使用通常的硬件頭而不運(yùn)行 ARP, 你需要重寫缺省的 dev->hard_header 方法. 這是 snull 的實(shí)現(xiàn), 作為一個(gè)非常短的函數(shù):

int snull_header(struct sk_buff *skb, struct net_device *dev,
                 unsigned short type, void *daddr, void *saddr,
                 unsigned int len)
{
    struct ethhdr *eth = (struct ethhdr *)skb_push(skb,ETH_HLEN);
    eth->h_proto = htons(type);
    memcpy(eth->h_source, saddr ? saddr : dev->dev_addr, dev->addr_len);
    memcpy(eth->h_dest,  daddr ? daddr : dev->dev_addr, dev->addr_len);
    eth->h_dest[ETH_ALEN-1]  ^= 0x01;  /* dest is us xor 1 */
    return (dev->hard_header_len);
}

這個(gè)函數(shù)僅僅用內(nèi)核提供的信息并把它格式成標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)頭. 它也翻轉(zhuǎn)目的以太網(wǎng)地址的 1 位, 理由下面敘述.

當(dāng)接口收到一個(gè)報(bào)文, eth_type_trans 以幾種方法來使用硬件頭部. 我們已經(jīng)在 snull_rx 看到這個(gè)調(diào)用.

skb->protocol = eth_type_trans(skb, dev);

這個(gè)函數(shù)抽取協(xié)議標(biāo)識(shí)( ETH_P_IP, 在這個(gè)情況下 )從以太網(wǎng)頭; 它也賦值 skb->mac.raw, 從報(bào)文 data (使用 skb_pull)去掉硬件頭部, 并且設(shè)置 skb->pkt_type. 最后一項(xiàng)在 skb 分配是缺省為 PACKET_HOST(指示報(bào)文是發(fā)向這個(gè)主機(jī)的), eth_type_trans 改變它來反映以太網(wǎng)目的地址: 如果這個(gè)地址不匹配接收它的接口地址, pkt_type 成員被設(shè)為 PACKET_OTHERHOST. 結(jié)果, 除非接口處于混雜模式或者內(nèi)核打開了報(bào)文轉(zhuǎn)發(fā), netif_rx 丟棄任何類型為 PACKET_OTHERHOST 的報(bào)文. 因?yàn)檫@樣, snull_header 小心地使目的硬件地址匹配接收接口.

如果你的接口是點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接, 你不會(huì)想收到不希望的多播報(bào)文. 為避免這個(gè)問題, 記住, 第一個(gè)字節(jié)的最低位(LSB)為 0 的目的地址是方向一個(gè)單個(gè)主機(jī)(即, 要么 PACKET_HOST, 要么 PACKET_OTHERHOST). plip 驅(qū)動(dòng)使用 0xfc 作為它的硬件地址的第一個(gè)字節(jié), 而 snull 使用 0x00. 兩個(gè)地址都導(dǎo)致一個(gè)工作中的類似以太網(wǎng)的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接.

17.11.3.?非以太網(wǎng)頭部

我們剛剛看過硬件頭部除目的地址外包含了一些信息, 最重要的是通訊協(xié)議. 我們現(xiàn)在描述硬件頭部如何用來封裝相關(guān)的信息. 如果你需要知道細(xì)節(jié), 你可從內(nèi)核源碼里抽取它們或者從特定傳送媒介的技術(shù)文檔中. 大部分驅(qū)動(dòng)編寫者能夠忽略這個(gè)討論只是使用以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn).

值得一提的是不是所有信息都由每個(gè)協(xié)議提供. 一個(gè)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接例如 plip 或者 snull 可能在不失去通用性的情況下避免傳送這個(gè)以太網(wǎng)頭部. hard_header 設(shè)備方法, 由 snull_header 實(shí)現(xiàn)所展示的, 接收自內(nèi)核的遞交的信息( 協(xié)議級(jí)別和硬件地址 ). 它也在 type 參數(shù)中接收 16 位協(xié)議編號(hào); IP, 例如, 標(biāo)識(shí)為 ETH_P_IP. 驅(qū)動(dòng)應(yīng)該正確遞交報(bào)文數(shù)據(jù)和協(xié)議編號(hào)給接收主機(jī). 一個(gè)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接可能它的硬件頭部的地址, 只傳送協(xié)議編號(hào), 因?yàn)楸ＷC遞交是獨(dú)立于源和目的地址的. 一個(gè)只有 IP 的連接甚至可能不發(fā)送任何硬件頭部.

當(dāng)報(bào)文在連接的另一端被收到, 接收函數(shù)應(yīng)當(dāng)正確設(shè)置成員 skb->protocol, skb->pkt_type, 和 skb->mac.raw.

skb->mac.raw 是一個(gè)字符指針, 由在高層的網(wǎng)絡(luò)代碼(例如, net/ipv4/arp.c)所實(shí)現(xiàn)的地址解析機(jī)制使用. 它必須指向一個(gè)匹配 dev->type 的機(jī)器地址. 設(shè)備類型的可能的值在 <linux/if_arp.h> 中定義; 以太網(wǎng)接口使用 ARPHRD_ETHER. 例如, 這是 eth_type_trans 如何處理收到的報(bào)文的以太網(wǎng)頭:

skb->mac.raw = skb->data;
skb_pull(skb, dev->hard_header_len);

在最簡單的情況下( 一個(gè)沒有頭的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接 ), skb->mac.raw 可指向一個(gè)靜態(tài)緩存, 包含接口的硬件地址, protocol 可設(shè)置為 ETH_P_IP, 并且 packet_type 可讓它是缺省的值 PACKET_HOST.

因?yàn)槊總€(gè)硬件類型是獨(dú)特的, 給出超出已經(jīng)討論的特別的設(shè)備是困難的. 內(nèi)核中滿是例子, 但是. 例如, 可查看 AppleTalk 驅(qū)動(dòng)( drivers/net/appletalk/cops.c), 紅外驅(qū)動(dòng)(例如, driver/net/irds/smc_ircc.c), 或者 PPP 驅(qū)動(dòng)( drivers/net/ppp_generic.c).