第 17 章 網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動

第?17?章?網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動

我們已經(jīng)討論了字符和塊驅(qū)動, 現(xiàn)在準(zhǔn)備好轉(zhuǎn)移到網(wǎng)絡(luò)世界里. 網(wǎng)絡(luò)接口是第 3 類標(biāo)準(zhǔn)的 Linux 設(shè)備, 本章描述它們?nèi)绾闻c內(nèi)核其他部分交互.

一個網(wǎng)絡(luò)接口的在系統(tǒng)內(nèi)的角色與一個被加載的塊設(shè)備的角色類似. 一個塊設(shè)備注冊它的磁盤和工作方法到內(nèi)核, 隨之通過它的請求函數(shù)按需求"發(fā)送"和"接收"塊. 類似的, 一個網(wǎng)絡(luò)接口必須注冊它自己到特定的內(nèi)核數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中, 以便在與外部世界交換報文時被調(diào)用.

在被加載的磁盤和報文遞送接口之間有幾個重要的區(qū)別. 首先, 磁盤作為一個特殊的文件存在于 /dev 目錄下, 然而一個網(wǎng)絡(luò)接口沒有這樣的入口點. 正常的文件操作( read, write, 等等 )對于網(wǎng)絡(luò)接口沒有意義, 因此不可能適用 Unix 的"一切皆文件"的方法給它們. 從而, 網(wǎng)絡(luò)接口存在于它們自己的名子空間里, 并且對外輸出了一套不同的操作.

盡管你可能會反駁說, 應(yīng)用程序在使用 socket 時可以使用 read 和 write 系統(tǒng)調(diào)用, 這些系統(tǒng)調(diào)用作用于一個軟件對象上, 而它與接口是明顯不同的. 幾百個 socket 可以在同一個物理接口上復(fù)用.

但是兩者最重要的不同在于, 塊驅(qū)動的運行只是響應(yīng)來自內(nèi)核的請求, 但是網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動從外邊異步地接收報文. 因此, 不同于一個塊驅(qū)動被要求向內(nèi)核發(fā)送一個緩存區(qū), 網(wǎng)絡(luò)設(shè)備要求向內(nèi)核推送進入的報文. 網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動使用的內(nèi)核接口為這個不同的操作模式而設(shè)計.

網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動也不得不準(zhǔn)備支持很多的管理任務(wù), 例如設(shè)置地址, 修改發(fā)送參數(shù), 以及維護流量和錯誤統(tǒng)計. 網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動使用的 API 反映了這種需要, 并且因此, 能看出一些與我們之前看到的接口的不同.

Linux 內(nèi)核的網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)被設(shè)計成是完全獨立于協(xié)議的. 這適用于網(wǎng)絡(luò)協(xié)議( 互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議 [IP], 相對于 IPX, 或者其他協(xié)議 )和硬件協(xié)議( 以太網(wǎng), 相對的令牌環(huán), 等等 ). 一個網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動和內(nèi)核互相作用在同一時間正確處理一個網(wǎng)絡(luò)報文; 這允許對驅(qū)動巧妙地隱藏了協(xié)議的信息, 以及對協(xié)議隱藏了物理發(fā)送.

本章描述了網(wǎng)絡(luò)接口如何適用于 Linux 內(nèi)核的其他部分, 并以一個基于內(nèi)存模塊化網(wǎng)絡(luò)接口的形式提供了例子, 它稱做( 你猜一下 ) snull. 為簡化討論, 這個接口使用以太網(wǎng)硬件協(xié)議和發(fā)送 IP 報文. 你從測驗 snull 中獲得的知識已能夠應(yīng)用到非 IP 的協(xié)議上, 并且編寫一個非以太網(wǎng)驅(qū)動只是有極小的與實際網(wǎng)絡(luò)協(xié)議相關(guān)的區(qū)別.

本章不討論 IP 編號方案, 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議, 以及其他通用的網(wǎng)絡(luò)概念. 這樣的話題不是( 常常地 )驅(qū)動編寫者所關(guān)心的, 并且不可能提供一個滿意的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的概述在不足幾百頁里面. 建議感興趣的讀者去參考其他的描述網(wǎng)絡(luò)方面的書籍.

在進入網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之前, 提及一個技術(shù)方面的注意問題. 網(wǎng)絡(luò)世界使用術(shù)語 octet 來表示一個 8 個位的組, 它通常是網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和協(xié)議能理解的最小單元. 術(shù)語 byte 在這個上下文中極少遇到. 為緊跟標(biāo)準(zhǔn)用法, 我們將使用 octet, 在談?wù)摼W(wǎng)絡(luò)設(shè)備的時候.

術(shù)語" header "也值得一提. 一個 header 是一組字節(jié)(錯了, 是 octet), 要安排到一個報文里, 當(dāng)它穿過網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)的各層時. 當(dāng)一個應(yīng)用程序通過一個 TCP socket 發(fā)送了一個數(shù)據(jù)塊, 網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)拆開數(shù)據(jù), 填充到報文里, 在報文開始安上一個 TCP header 來描述每個報文在流里面的位置. 下面的協(xié)議層接著在 TCP header 之前安上一個 IP header, 用來路由這個報文到它的目的地. 如果這個報文在類似以太網(wǎng)的介質(zhì)上移動, 一個以太網(wǎng) header, 由硬件來解析的, 加在在余下的前面. 網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(常常)不需要讓自己去理睬高層的 header, 但是它們經(jīng)常必須參與硬件級別的 header 的創(chuàng)建.