嵌入式Linux驱动学习【10】—— 虚拟网卡_嵌入式linux创建虚拟网卡怎么设置

1 网络设备驱动结构

1.1 结构

  （1）网络协议接口层向网络层协议提供统一的数据包收发接口，不论上层协议为 ARP 还是IP，都通过 dev_queue_xmit()函数发送数据，并通过 netif_rx()函数接收数据。这一层的存在使得上层协议独立于具体的设备。发送接收都需要sk_buff，sk_buff 结构体非常重要，定义于 include/linux/skbuff.h 文件，它的含义为“套接字缓冲区”
  （ 2） 网络设备接口层向协议接口层提供统一的用于描述具体网络设备属性和操作的结构体net_device，该结构体是设备驱动功能层中各函数的容器。实际上， 网络设备接口层从宏观上规划了具体操作硬件的设备驱动功能层的结构。
  （3） 设备驱动功能层各函数是网络设备接口层 net_device 数据结构的具体成员，是驱使网络设备硬件完成相应动作的程序，它通过 hard_start_xmit()函数启动发送操作，并通过网络设备上的中断触发接收操作。
  （4） 网络设备与媒介层是完成数据包发送和接收的物理实体，包括网络适配器和具体的传输媒介，网络适配器被设备驱动功能层中的函数物理上驱动。对于 Linux 系统而言，网络设备和媒介都可以是虚拟的。
  在设计具体的网络设备驱动程序时，主要工作是编写设备驱动功能层的相关函数以填充 net_device 数据结构的内容并将net_device 注册入内核。

1.2 hard_start_xmit

  一般流程：
  （1）netif_stop_queue()停止上层发包；
  （2）设置寄存器，发送数据；
  （3）dev_kfree_skb()释放sk_buff；
  （4）发送完成，产生中断，netif_wake_queue唤醒，启动上层继续发包。
  （5）若超时，则调用net_device结构体的(*tx_timeout)。

1.3 netif_rx

  接收数据后，产生中断，调用net_rx。
  （1）dev_alloc_skb构造新的sk_buff；
  （2）读取网络设备硬件上接收到的数据；
  （3）使用netif_rx( )来将sk_fuffer传递给上层协议中。

2 程序

  功能：虚拟网卡，ping发送数据，在发包函数中再返回ping包。

/*
 * 参考 drivers\net\cs89x0.c
 */

#include <linux/module.h>
#include <linux/errno.h>
#include <linux/netdevice.h>
#include <linux/etherdevice.h>
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/types.h>
#include <linux/fcntl.h>
#include <linux/interrupt.h>
#include <linux/ioport.h>
#include <linux/in.h>
#include <linux/skbuff.h>
#include <linux/slab.h>
#include <linux/spinlock.h>
#include <linux/string.h>
#include <linux/init.h>
#include <linux/bitops.h>
#include <linux/delay.h>
#include <linux/ip.h>

#include <asm/system.h>
#include <asm/io.h>
#include <asm/irq.h>

static struct net_device *vnet_dev;


static void emulator_rx_packet(struct sk_buff *skb, struct net_device *dev)
{
	/* 参考LDD3 */
	unsigned char *type;
	struct iphdr *ih;
	__be32 *saddr, *daddr, tmp;
	unsigned char	tmp_dev_addr[ETH_ALEN];
	struct ethhdr *ethhdr;
	
	struct sk_buff *rx_skb;
		
	// 从硬件读出/保存数据
	/* 对调"源/目的"的mac地址 */
	ethhdr = (struct ethhdr *)skb->data;
	memcpy(tmp_dev_addr, ethhdr->h_dest, ETH_ALEN);
	memcpy(ethhdr->h_dest, ethhdr->h_source, ETH_ALEN);
	memcpy(ethhdr->h_source, tmp_dev_addr, ETH_ALEN);

	/* 对调"源/目的"的ip地址 */    
	ih = (struct iphdr *)(skb->data + sizeof(struct ethhdr));
	saddr = &ih->saddr;
	daddr = &ih->daddr;

	tmp = *saddr;
	*saddr = *daddr;
	*daddr = tmp;
	
	//((u8 *)saddr)[2] ^= 1; /* change the third octet (class C) */
	//((u8 *)daddr)[2] ^= 1;
	type = skb->data + sizeof(struct ethhdr) + sizeof(struct iphdr);
	//printk("tx package type = %02x\n", *type);
	// 修改类型, 原来0x8表示ping
	*type = 0; /* 0表示reply */
	
	ih->check = 0;		   /* and rebuild the checksum (ip needs it) */
	ih->check = ip_fast_csum((unsigned char *)ih,ih->ihl);
	
	// 构造一个sk_buff
	rx_skb = dev_alloc_skb(skb->len + 2);
	skb_reserve(rx_skb, 2); /* align IP on 16B boundary */	
	memcpy(skb_put(rx_skb, skb->len), skb->data, skb->len);

	/* Write metadata, and then pass to the receive level */
	rx_skb->dev = dev;
	rx_skb->protocol = eth_type_trans(rx_skb, dev);
	rx_skb->ip_summed = CHECKSUM_UNNECESSARY; /* don't check it */
	dev->stats.rx_packets++;
	dev->stats.rx_bytes += skb->len;

	// 提交sk_buff
	netif_rx(rx_skb);
}

static int virt_net_send_packet(struct sk_buff *skb, struct net_device *dev)
{
	static int cnt = 0;
	printk("virt_net_send_packet cnt = %d\n", ++cnt);

	/* 对于真实的网卡, 把skb里的数据通过网卡发送出去 */
	netif_stop_queue(dev); /* 停止该网卡的队列 */
    /* ...... */           /* 把skb的数据写入网卡 */

	/* 构造一个假的sk_buff,上报 */
	emulator_rx_packet(skb, dev);

	dev_kfree_skb (skb);   /* 释放skb */
	netif_wake_queue(dev); /* 数据全部发送出去后,唤醒网卡的队列 */

	/* 更新统计信息 */
	dev->stats.tx_packets++;
	dev->stats.tx_bytes += skb->len;
	
	return 0;
}

static const struct net_device_ops net_ops = {
	.ndo_start_xmit 	= virt_net_send_packet,
};


static int virt_net_init(void)
{
	/* 1. 分配一个net_device结构体 */
	vnet_dev = alloc_netdev(0, "vnet%d", ether_setup);;  /* alloc_etherdev */

	/* 2. 设置 */
	vnet_dev->netdev_ops = &net_ops;

	/* 设置MAC地址 */
    vnet_dev->dev_addr[0] = 0x08;
    vnet_dev->dev_addr[1] = 0x89;
    vnet_dev->dev_addr[2] = 0x89;
    vnet_dev->dev_addr[3] = 0x89;
    vnet_dev->dev_addr[4] = 0x89;
    vnet_dev->dev_addr[5] = 0x11;

    /* 设置下面两项才能ping通 */
	vnet_dev->flags           |= IFF_NOARP;
	vnet_dev->features        |= NETIF_F_NO_CSUM;	

	/* 3. 注册 */
	register_netdev(vnet_dev);
	
	return 0;
}

static void virt_net_exit(void)
{
	unregister_netdev(vnet_dev);
	free_netdev(vnet_dev);
}

module_init(virt_net_init);
module_exit(virt_net_exit);

MODULE_LICENSE("GPL");


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3 测试

  insmod vir_net.ko
  ls /sys/class/net //看到新建立的网卡设备
  ifconfig vnet0 3.3.3.3
  ping 3.3.3.4 //看到能够ping通
  ifconfig //看到接收包数