DIY TCP IP 網路裝置模組1

5. 網路裝置模組的實現

本章介紹diy tcp/ip的網路裝置模組的實現。網路裝置層的邏輯包括，接收邏輯和傳送邏輯。接收邏輯：diy tcp/ip通過pf_packet域的socket接收鏈路層資料幀，模擬硬體網絡卡的接收。接收佇列非同步處理鏈路層接收的資料幀，解析乙太網頭部，根據乙太網頭部型別，將資料幀交給diy tcp/ip的上層模組處理。傳送邏輯：接收上層模組傳送的資料幀，交給傳送佇列非同步處理，同樣通過pf_packet域的socket模擬硬體網絡卡的傳送。本章基於第4章(從0開始)device.c的實現，繼續模組化device.c，定義網路裝置資料結構，封裝pcap_loop接收的資料幀，實現接收佇列和接收執行緒，在接收執行緒中非同步處理pcap_loop接收的資料幀，解析資料幀，為呼叫上層模組的介面函式預留**位置。後續章節實現diy tcp/ip上層模組的介面函式後，替換預留的**位置即可。

5.1 網路裝置結構體

本節基於4.5節device.c的實現，繼續模組化device.c，將與網路裝置模組相關的邏輯放在device.c中，無關的邏輯放在其他模組檔案中，先來看device.h中網路裝置結構體的定義。

device.h

#ifndef _device_h_
#define _device_h_
#include #define max_network_segment_size        65535
#define promisc_enable                  1
#define promisc_disable                 0
#define timeout_ms                      512
#define filter_buffer_size              256
typedef struct _net_device  net_device_t;
net_device_t *netdev_init(char *ifname);
void netdev_deinit(net_device_t *ndev);
void netdev_start_loop(net_device_t *ndev);
void netdev_stop_loop(net_device_t *ndev);
net_device_t *netdev_get(void);
#endif

line 4-9: 與4.6節一致。

line 11-12: 定義網路裝置結構體net_device_t。便於描述，將pcap_t結構體稱為pcap裝置，網路裝置結構體目前只是封裝了pcap裝置，尚未加入傳送佇列和接收佇列資料結構的定義。

line 15-19: 宣告網路裝置模組暴露給其他模組的介面函式。netdev_init初始化網路裝置；netdev_deinit銷毀網路裝置；netdev_start_loop，開始從鏈路層接收資料幀；netdev_stop_loop，結束從鏈路層接收資料幀；netdev_get獲取網路裝置結構體的指標。根據這些函式介面的定義，重寫device.c，實現這些介面函式，分離與網路裝置層無關的**邏輯。

device.c

#include #include #include #include #include "init.h"
#include "common.h"
#include "device.h"
static net_device_t *gndev = null;
...

line10: 定義靜態net_device_t指標，用於儲存netdev_init初始化的網路裝置結構體的指標。

line11 之後省略掉的**是init_packet_filter與4.5節一致，pcap_callback與4.6節一致。

net_device_t * netdev_init(char *ifname)
gndev = ndev;
printf("network device init\n");
/* obtain packet capture handle */
ndev->pcap_dev = pcap_open_live(default_ifname,
max_network_segment_size, promisc_enable, timeout_ms, err_buf);
if (ndev->pcap_dev == null) 
/* set pcap filter */
memset(pcap_packet_filter, 0, filter_buffer_size);
init_packet_filter(pcap_packet_filter, filter_buffer_size);
if (pcap_compile(ndev->pcap_dev, &filter_code,
pcap_packet_filter, 1, ipv4_network_mask) < 0) 
if (pcap_setfilter(ndev->pcap_dev, &filter_code) < 0) 
return ndev;
out:
netdev_deinit(ndev);
return null;
}

line 8-14: 申請記憶體，建立網路裝置。將網路裝置結構體的指標儲存在靜態指標gndev中。

line 16-39: 網路裝置結構體net_device_t封裝了pcap裝置。後續章節用到的libpcap庫函式，包括本節的pcap_open_live,，pcap_compile和pcap_setfilter均通過網路裝置結構體訪問pcap裝置。在netdev_init函式中，開啟pcap裝置，設定幀過濾條件，返回網路裝置結構體的指標。如果line55-71的libpcap庫函式返回出錯，呼叫netdev_deinit銷毀網路裝置，返回null。

void netdev_deinit(net_device_t *ndev)
void netdev_start_loop(net_device_t *ndev)   
void netdev_stop_loop(net_device_t *ndev)
net_device_t *netdev_get(void)

line 1-10: 銷毀網路裝置，呼叫pcap_close關閉pcap裝置，然後釋放netdev_init中為網路裝置申請的記憶體。

line 12-25: netdev_start_loop和netdev_stop_loop，是對pcap_loop和pcap_breakloop的封裝，用於開始接和結束接收鏈路層資料幀。

line 27-30: netdev_get返回網路裝置結構體的指標，gndev供其他模組獲取網路裝置。

5.2 初始化模組

5.1節重寫了device.c，目前device.c只包含與網路裝置相關的邏輯。從零開始**中的訊號處理函式和入口main函式，放在diy tcp/ip的初始化檔案init.c中，init.c是diy tcp/ip執行的入口。

#include #include #include "init.h"
#include "device.h"
void signal_handler(int sig_num)
int main(int argc, char *ar**)

line 7-13: 訊號處理函式，呼叫netdev_get獲取網路裝置結構體的指標，再呼叫netdev_stop_loop結束主迴圈。

line 16-32: main函式是diy tcp/ip的入口函式，先註冊新號處理函式用於捕獲sigint訊號，netdev_init初始化網路裝置模組，呼叫netdev_start_loop開始主迴圈。netdev_start_loop是對pcap_loop的封裝，開始從鏈路層接收資料幀，直到終端鍵入ctrl+c結束迴圈。netdev_start_loop返回後，main函式繼續執行到netdev_deinit銷毀網路裝置層，確保整個過程無記憶體洩漏。

把diy tcp/ip初始化模組init.c加入到makefile中，與device.c一起編譯鏈結。makefile修改如下：

tcp_ip_stack:device.o init.o gcc -o tcp_ip_stack device.o init.o -lpcap device.o:device.c device.h init.h common.h gcc -c device.c init.o:init.c init.h gcc -c init.c clean: rm -rf *.o

rm -rf tcp_ip_stack

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