網路協議 TCP/IP模型

• 應用層 （TELNET、FTP、DNS）
• 傳輸層（TCP、UDP）
• Internet（IP）
• 網路介面物理層（PPP/SLIP、LAN）

Internet協議     IP定義了一個協議，而不是一個連線。IP主要負責資料報在計算機之間的定址問題，並管理這些資料報的分段過程。傳輸具有“不可靠性”，驗證和流量控制交給其他層完成。IP是無連線的。     面向連線：通訊雙方在通訊時，事先建立一條通訊線路。過程有建立連線、使用連線、釋放連線等；     無連線：   通訊雙方事先不需要建立通訊線路，而是把帶有目的的地址的包送到線路上，由系統選定路線。 TCP協議     TCP可以向上層提供面向連線的協議，使上層啟動應用程式。作用是提供可靠通訊的有效報文協議。 套接字     Linux支援多種套接字種類，不同的套接字種類稱為“地址族”。Linux將上述套接字地址族抽象為統一的BSD套接字介面，比如stream、datagram、raw等。 網路裝置介面     網路裝置結構：
    網路裝置驅動程式功能：

• 傳送資料

        驅動將來自協議層的網路緩衝區通過hard_start_xmit()傳送到物理介質，並接收硬體產生的應答訊號。         dev->hard_start_xmit（）：將網路緩衝區，也就是sk_buff傳送到硬體裝置。如果裝置不能接受緩衝區，它就會返回1。如果協議層決定釋放被裝置拋棄的緩衝區，那麼緩衝區就不會再被送回裝置；如果裝置知道緩衝區短時間內不被能傳送，例如裝置嚴重堵塞，那麼它就呼叫  dev_kfree_skb（）函式丟掉緩衝區，該函式返回零值標明緩衝區已經被處理完畢。

        當緩衝區被傳送到硬體以後，硬體應答訊號標識傳輸已經完畢，驅動程式必須呼叫dev_kfree_skb(skb, FREE_WRITE)函式釋放緩衝區，一旦該呼叫結束，緩衝區就會很自然地消失，這樣，驅動程式就不能再涉及緩衝區了。sk_buff是被鎖住的(locked)，確保其他程式不會存取它。

        資料幀在傳送之前先要排成對列，在加入佇列之前，還要在每個資料幀的開始新增硬體幀頭，這項工作對於資料傳送非常必要。網路裝置驅動程式提供了一個dev->hard_header()例程，來完成新增硬體幀頭的工作。協議層在傳送資料之前會在緩衝區的開始留下至少 dev->hard_header_len 

長度位元組的空閒空間。這樣dev->hard_header()程式只要呼叫 skb_push()，然後正確填入硬體幀頭就可以了。

• 接收資料

        驅動接收來自網路上的資料幀，將其轉換為能被網路協議識別的網路緩衝區，然後傳遞給netif_rx()函式，將資料幀傳遞到網路協議層做進一步處理。         網路裝置資料結構net_device，是網路驅動最重要的部分，位置在include/linux/netdevice.h。所有的網路裝置的資訊和操作都儲存在裝置資料結構中，每註冊一個網路裝置，都需要提供資料結構中各個域的資料。dev_queue_xmit()和netif_rx()使用了sk_buff結構（意為套接字緩衝區），定義在include/linux/skbuff.h中，用於Linux網路子系統各層間傳輸資料，是一個雙向連結串列。         網路裝置驅動程式沒有關於接收的處理。當它收到資料後都會產生一箇中斷，中斷處理程式呼叫 dev_alloc_skb()，申請一個大小合適的緩衝區（sk_buff），把從硬體傳來的資料放入緩衝區。接著，裝置驅動程式分析資料包的型別，把 skb->dev設定為接收資料的裝置型別 ，把 skb->protocol設定為資料幀描述的協議型別，這樣，資料幀就可以被髮送到正確的協議層。硬體幀頭指標儲存在 skb->mac.raw中，並且硬體幀頭通過呼叫skb_pull()被去掉，因此網路協議就不涉及硬體的資訊。最後還要設定skb->pkt_type，標明鏈路層資料型別，裝置驅動程式必須按以下型別設定skb->pkt_type：

PACKET_BROADCAST     連結層廣播地址　　

PACKET_MULTICAST      連結層多路地址　　　

PACKET_SELF   發給自己的資料幀　　　

PACKET_OTHERHOST    發向另一個主機的資料幀 （監聽模式時會有到）　

        最後，裝置驅動程式呼叫netif_rx()把緩衝區向上傳遞給協議層。netif_rx()將資料放入處理佇列後返回，真正的處理是在中斷返回後，可以減少中斷時間。一旦netif_rx( )被呼叫，緩衝區就不在屬裝置驅動程式所有，它不能被修改，而且裝置驅動程式也不能再涉及它了。

        在協議層，接收資料包的流程控制分兩個層次： 首先，netif_rx()函式限制了從物理層到協議層的資料幀的數量。第二，每一個套接字都有一個佇列，限制從協議層到套接字層的資料幀的數量。在傳輸方面，驅動程式的dev->tx_queue_len 引數用來限制佇列的長度。佇列的長度通常是100幀，在進行大量資料傳輸的高速連線中，它足以容納下所有等待傳輸的緩衝區，不會出現大量緩衝區阻塞的情況。在低速連線中，例如Slip 連線，佇列的長度長設為10幀左右，因為傳輸10幀的資料就要花費數秒的時間排列資料。

相關函式     初始化

int (*init)(struct net_device *dev);

        裝置初始化和註冊時呼叫，執行的是底層的確認和檢查工作，對硬體資源的配置。     開啟裝置

int (*open)(struct net_device *dev);

        網路裝置啟用的時候呼叫（裝置狀態down->up）。主要功能：資源申請、硬體啟用等。若驅動作為模組裝入，open()裡呼叫MOD_INC_USE_COUNT，將引用計數器加1。         在使用者態執行ifconfig eth0 up命令時，要執行兩個任務。首先，它通過ioctl(SIOCSIFADDR)(Socket I/O Control Set Interface Address)賦予地址，然後通過ioctl(SIOCSIFFLAGS)(Socket I/O Control Set Interface Flags)設定dev->flag中的IFF_UP標誌以開啟介面。這個呼叫會使得裝置的open方法得到呼叫。類似的，在介面關閉時，ifconfig使用ioctl(SIOCSIFFLAGS)來清理IFF_UP標誌，然後呼叫stop函式。     關閉裝置

int (*stop)(struct net_device *dev);

        關閉時呼叫（裝置狀態up->down）。若驅動作為模組裝入，stop()中需呼叫MOD_DEC_USE_COUNT。     分配緩衝區

struct sk_buff *alloc_skb(unsigned int len, int priority);   

struct sk_buff *dev_alloc_skb(unsigned int len);  

        分配一個緩衝區。alloc_skb函式分配一個緩衝區並初始化skb->data和skb->tail為skb->head。引數len為資料緩衝區的空間大小，通常以L1_CACHE_BYTES位元組(對ARM為32)對齊，引數priority為記憶體分配的優先順序。dev_alloc_skb()函式以GFP_ATOMIC優先順序進行skb的分配。

    釋放緩衝區

void kfree_skb(struct sk_buff *skb);    void dev_kfree_skb(struct sk_buff *skb);

        sk_buff結構中幾個資料指標指向如圖：
        對sk_buff操作的幾個函式：

unsigned char *skb_put(struct sk_buff *skb, int len);    unsigned char *skb_push(struct sk_buff *skb, int len);    unsigned char *skb_pull(struct sk_buff *skb, int len);    void skb_reserve(struct sk_buff ×skb, int len);  

操作函式

int (*hard_header)(struct sk_buff *skb, struct net_device *dev, unsigned short type, void *daddr, void *saddr, unsigned len);  

        根據先前檢索到的源和目的硬體地址建立硬體頭

int (*rebuild_header)(struct sk_buff *skb); 

        乙太網的mac地址是固定的，為了高效，第一個包去詢問mac地址，得到對應的mac地址後就會作為cache把mac地址儲存起來。以後每次發包不用詢問了，直接把包的地址拷貝出來。

void (*tx_timeout)(struct net_device *dev);  

        資料包傳送超時失敗時呼叫。

struct net_device_stats *(*get_stats)(struct net_device *dev);

        統計裝置資訊。

int (*do_ioctl)(struct net_device *dev, struct ifmap *map);

        事先自定義的ioctl命令。 reference 1、深入分析Linux核心原始碼 2、Linux驅動程式開發例項 3、Linux驅動修煉之道