第?17?章?網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng)

我們已經(jīng)討論了字符和塊驅(qū)動(dòng), 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(gè)網(wǎng)絡(luò)接口的在系統(tǒng)內(nèi)的角色與一個(gè)被加載的塊設(shè)備的角色類似. 一個(gè)塊設(shè)備注冊(cè)它的磁盤和工作方法到內(nèi)核, 隨之通過它的請(qǐng)求函數(shù)按需求"發(fā)送"和"接收"塊. 類似的, 一個(gè)網(wǎng)絡(luò)接口必須注冊(cè)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(bào)文時(shí)被調(diào)用.

在被加載的磁盤和報(bào)文遞送接口之間有幾個(gè)重要的區(qū)別. 首先, 磁盤作為一個(gè)特殊的文件存在于 /dev 目錄下, 然而一個(gè)網(wǎng)絡(luò)接口沒有這樣的入口點(diǎn). 正常的文件操作( read, write, 等等 )對(duì)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(duì)外輸出了一套不同的操作.

盡管你可能會(huì)反駁說, 應(yīng)用程序在使用 socket 時(shí)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(gè)軟件對(duì)象上, 而它與接口是明顯不同的. 幾百個(gè) socket 可以在同一個(gè)物理接口上復(fù)用.

但是兩者最重要的不同在于, 塊驅(qū)動(dòng)的運(yùn)行只是響應(yīng)來自內(nèi)核的請(qǐng)求, 但是網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng)從外邊異步地接收?qǐng)?bào)文. 因此, 不同于一個(gè)塊驅(qū)動(dòng)被要求向內(nèi)核發(fā)送一個(gè)緩存區(qū), 網(wǎng)絡(luò)設(shè)備要求向內(nèi)核推送進(jìn)入的報(bào)文. 網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng)使用的內(nèi)核接口為這個(gè)不同的操作模式而設(shè)計(jì).

網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng)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(hù)流量和錯(cuò)誤統(tǒng)計(jì). 網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng)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(jì)成是完全獨(dú)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(duì)于 IPX, 或者其他協(xié)議 )和硬件協(xié)議( 以太網(wǎng), 相對(duì)的令牌環(huán), 等等 ). 一個(gè)網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng)和內(nèi)核互相作用在同一時(shí)間正確處理一個(gè)網(wǎng)絡(luò)報(bào)文; 這允許對(duì)驅(qū)動(dòng)巧妙地隱藏了協(xié)議的信息, 以及對(duì)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(gè)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(gè)接口使用以太網(wǎng)硬件協(xié)議和發(fā)送 IP 報(bào)文. 你從測(cè)驗(yàn) snull 中獲得的知識(shí)已能夠應(yīng)用到非 IP 的協(xié)議上, 并且編寫一個(gè)非以太網(wǎng)驅(qū)動(dòng)只是有極小的與實(shí)際網(wǎng)絡(luò)協(xié)議相關(guān)的區(qū)別.

本章不討論 IP 編號(hào)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(dòng)編寫者所關(guān)心的, 并且不可能提供一個(gè)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(jìn)入網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之前, 提及一個(gè)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(gè) 8 個(gè)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(gè)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(shí)候.

術(shù)語" header "也值得一提. 一個(gè) header 是一組字節(jié)(錯(cuò)了, 是 octet), 要安排到一個(gè)報(bào)文里, 當(dāng)它穿過網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)的各層時(shí). 當(dāng)一個(gè)應(yīng)用程序通過一個(gè) TCP socket 發(fā)送了一個(gè)數(shù)據(jù)塊, 網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)拆開數(shù)據(jù), 填充到報(bào)文里, 在報(bào)文開始安上一個(gè) TCP header 來描述每個(gè)報(bào)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(gè) IP header, 用來路由這個(gè)報(bào)文到它的目的地. 如果這個(gè)報(bào)文在類似以太網(wǎng)的介質(zhì)上移動(dòng), 一個(gè)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(dòng)(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(jí)別的 header 的創(chuàng)建.