TUN/TAP设备浅析(二) -- TUN/TAP的编程

这篇文章想详细阐述一下有关于 TUN/TAP 设备的编程。

其实关于这两种设备的编程,基本上属于八股文,大家一般都这么干。

启动设备之前

有的linux 并没有将tun 模块编译到内核之中,所以,我们要做的第一件事情就是检查我们的系统是否支持 TUN/TAP 。具体如何检查和解决,请查看这里http://blog.csdn.net/lishuhuakai/article/details/70305543,这篇文章就不再赘述。

光有tun 模块还不够,我们还要创建上篇文章中所提到的文件,运行命令:

% sudo mknod /dev/net/tun c 10 200 # c表示为字符设备,10和200分别是主设备号和次设备号

这样,你到 /dev/net/ 目录下就可以看到一个名称为 tun 的文件了。当然这里的 tun 可以改成任意的你喜欢的名称。

启动设备

对于TUN设备,我们一般这样来初始化:

int 
tun_alloc(char dev[IFNAMSIZ]) // dev数组用于存储设备的名称
{struct ifreq ifr;int fd, err;if ((fd = open("/dev/net/tun", O_RDWR)) < 0) { // 打开文件perror("open");return -1;}bzero(&ifr, sizeof(ifr));/* Flags : IFF_TUN   - TUN设备*         IFF_TAP   - TAP设备*         IFF_NO_PI - 不需要提供包的信息*/ifr.ifr_flags = IFF_TUN | IFF_NO_PI; // tun设备不包含以太网头部,而tap包含,仅此而已if (*dev) {strncpy(ifr.ifr_name, dev, IFNAMSIZ); }if ((err = ioctl(fd, TUNSETIFF, (void *) &ifr)) < 0) { // 打开设备perror("ioctl TUNSETIFF");close(fd);return err;}// 一旦设备开启成功,系统会给设备分配一个名称对于tun设备,一般为tunX,X为从0开始的编号,对于tap设备// 一般为tapX,X为从0开始的编号strcpy(dev, ifr.ifr_name); // 拷贝设备的名称至dev中return fd;
}

如果我们想启动一个TAP 设备的话,很简单,将上面的ifr.ifr_flags = IFF_TUN | IFF_NO_PI;改为ifr.ifr_flags = IFF_TAP | IFF_NO_PI;即可,那么我们就启动了一个 TAP 设备。

设定网络地址

上面的代码打开了文件,并且返回了文件的描述符,但是还不够,对于一张网卡来说,我们还要给其配置网络地址,有时候甚至是路由信息,网卡才能够正常地工作。

一旦虚拟的 TUN/TAP 设备启动成功,我们便可以通过命令来给其设定地址。

我来举个例子,以一个 TAP 设备为例:

% sudo ip link set dev tap0 up  # 启动tap0网卡,虽然网卡已经启动,但是此时使用ipconfig命令并不能看到tap0这个设备,因为我们还没有给其配置ip地址% sudo ip address add dev tap0 10.0.1.5/24 # 给tap0设置ip地址% ifconfig  # 此时在ifconfig命令下已经可以看到tap0设备了
tap0: flags=4163<UP,BROADCAST,RUNNING,MULTICAST>  mtu 1500inet 10.0.1.5  netmask 255.255.255.0  broadcast 0.0.0.0inet6 fe80::1872:80ff:fe20:46e2  prefixlen 64  scopeid 0x20<link>ether 1a:72:80:20:46:e2  txqueuelen 1000  (Ethernet)RX packets 0  bytes 0 (0.0 B)RX errors 0  dropped 0  overruns 0  frame 0TX packets 0  bytes 0 (0.0 B)TX errors 0  dropped 0 overruns 0  carrier 0  collisions 0% ip route show # 显示所有的路由信息
default via 192.168.140.2 dev ens33 proto static metric 100
10.0.0.0/24 dev ens39 proto kernel scope link src 10.0.0.130 metric 100
10.0.1.0/24 dev tap0 proto kernel scope link src 10.0.1.5 # 给网卡设定ip后,系统自动添加了路由
192.168.140.0/24 dev ens33 proto kernel scope link src 192.168.140.133 metric 100

通过手动敲命令的方式来配置 tap0 设备,略显麻烦,其实我们可以直接在程序中调用 system 函数:

int 
run_cmd(char *cmd, ...)
{va_list ap;char buf[CMDBUFLEN];va_start(ap, cmd);vsnprintf(buf, CMDBUFLEN, cmd, ap);va_end(ap);if (debug) { // DEBUG模式下输出信息printf("EXEC: %s\n", buf);}return system(buf);
}

将上面的命令直接传递给 run_cmd 函数即可.

当然,如果你不喜欢这种方式,我们自然还可以有其他的方法,比如说使用下面的函数:

int
set_stack_attribute(char *dev)
{struct ifreq ifr;struct sockaddr_in addr;int sockfd, err = -1;bzero(&addr, sizeof(addr));addr.sin_family = AF_INET;inet_pton(AF_INET, tapaddr, &addr.sin_addr);bzero(&ifr, sizeof(ifr));strcpy(ifr.ifr_name, dev);bcopy(&addr, &ifr.ifr_addr, sizeof(addr));sockfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);if (sockfd < 0) {perror("socket");return -1;}// ifconfig tap0 10.0.1.5 #设定ip地址if ((err = ioctl(sockfd, SIOCSIFADDR, (void *)&ifr)) < 0) {perror("ioctl SIOSIFADDR");goto done;}/* 获得接口的标志 */if ((err = ioctl(sockfd, SIOCGIFFLAGS, (void *)&ifr)) < 0) {perror("ioctl SIOCGIFADDR");goto done;}/* 设置接口的标志 */ifr.ifr_flags |= IFF_UP;// ifup tap0 #启动设备if ((err = ioctl(sockfd, SIOCSIFFLAGS, (void *)&ifr)) < 0) {perror("ioctl SIOCSIFFLAGS");goto done;}inet_pton(AF_INET, "255.255.255.0", &addr.sin_addr);bcopy(&addr, &ifr.ifr_netmask, sizeof(addr));// ifconfig tap0 10.0.1.5/24 #设定子网掩码if ((err = ioctl(sockfd, SIOCSIFNETMASK, (void *) &ifr)) < 0) {perror("ioctl SIOCSIFNETMASK");goto done;}done:close(sockfd);return err;
}

上面的函数主要干的事情和上面的命令大致相同。

收发数据

收发数据非常简单,每次读取返回的文件描述符即可接收数据,没有数据到来时,会一直阻塞在哪里,当然,你也可以玩一下非阻塞 IO,然后想要发送数据的话,只需要将数据写入到该文件描述符对应的文件中即可。



作者:Yihulee
链接:https://www.jianshu.com/p/ab91f7cd98cd
来源:简书
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