[導(dǎo)讀]講解一個(gè)小巧精致、可以直接在Linux平臺(tái)下運(yùn)行的tcp協(xié)議棧,帶你感受源碼剖析tcp的快感!
前言
閱讀本文需要對(duì)level-ip的整體架構(gòu)有所了解,如果讀者尚未接觸過(guò)level-ip,請(qǐng)先閱讀下面文章:
分享一款Linux平臺(tái)下的tcp協(xié)議棧!超級(jí)透徹!
level-ip之虛擬網(wǎng)卡接口封裝
請(qǐng)根據(jù)上述文章中的指引獲取leve-ip的全部源碼,并且嘗試在任意Linux發(fā)行版本上編譯運(yùn)行。
知識(shí)回顧
在前面的文章中,我們已經(jīng)介紹了虛擬網(wǎng)卡的封裝接口,其中主要是以下幾個(gè)接口:
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tun_calloc():打開(kāi)并設(shè)置虛擬網(wǎng)卡
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tun_read():讀取虛擬網(wǎng)卡數(shù)據(jù)
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tun_write():發(fā)送虛擬網(wǎng)卡數(shù)據(jù)
這幾個(gè)接口是我們封裝以太網(wǎng)數(shù)據(jù)接口的基礎(chǔ),最好還是先搞明白原理。
以太網(wǎng)頭部結(jié)構(gòu)
在tcp的多層協(xié)議中,以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀位于最底層的數(shù)據(jù)鏈路層,如下圖:
我們重點(diǎn)關(guān)注圖片中的MAC頭部(以太網(wǎng)頭部)結(jié)構(gòu),因?yàn)樗俏覀冏罱K往發(fā)送數(shù)據(jù)中填充的信息內(nèi)容。我們先來(lái)看一下MAC頭部的結(jié)構(gòu),如下圖;
了解了以太網(wǎng)頭部結(jié)構(gòu)之后,下一步,自然就是用c語(yǔ)言結(jié)構(gòu)體來(lái)構(gòu)造這個(gè)以太網(wǎng)頭部結(jié)構(gòu),level-ip的以太網(wǎng)頭部結(jié)構(gòu)保存在include\ethernet.h文件中,如下圖:
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第3行:以太網(wǎng)目的地址,由6個(gè)8位16進(jìn)制的數(shù)字構(gòu)成。表示目標(biāo)主機(jī)的物理地址
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第4行:以太網(wǎng)源地址,由6個(gè)8位16進(jìn)制的數(shù)字構(gòu)成。表示源主機(jī)的物理地址
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第5行:幀類(lèi)型,用來(lái)區(qū)分ip數(shù)據(jù)包還是arp數(shù)據(jù)包(后面會(huì)詳細(xì)解析兩者區(qū)別)
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第6行:變長(zhǎng)數(shù)組,gcc編譯支持變長(zhǎng)數(shù)組的用法
結(jié)構(gòu)體用__attributr__關(guān)鍵字來(lái)設(shè)置結(jié)構(gòu)體按照實(shí)際占用字節(jié)數(shù)進(jìn)行對(duì)齊,而變長(zhǎng)數(shù)組又不占據(jù)結(jié)構(gòu)體內(nèi)存,因此結(jié)構(gòu)體實(shí)際大小為14個(gè)字節(jié)。
以太網(wǎng)卡管理結(jié)構(gòu)體
在上面對(duì)以太網(wǎng)頭部結(jié)構(gòu)的介紹中,我們可以看到它保存著以太網(wǎng)源地址,這個(gè)以太網(wǎng)源地址實(shí)際上就對(duì)應(yīng)著我們的電腦上網(wǎng)卡,我們知道,電腦上面實(shí)際可能會(huì)有多個(gè)網(wǎng)卡,因此在level-ip中必定需要一個(gè)結(jié)構(gòu)體來(lái)對(duì)這些網(wǎng)卡進(jìn)行管理,這個(gè)結(jié)構(gòu)體就是struct netdev,它定義在level-ip的include\netdev.h文件上,如下圖;
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第2行,記錄本地網(wǎng)卡的靜態(tài)ip地址,該地址是以網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)臄?shù)值格式保存的
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第3行,記錄地址長(zhǎng)度
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第4行,記錄本地網(wǎng)卡的以太網(wǎng)地址,由6個(gè)8位16進(jìn)制的數(shù)字構(gòu)成
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第5行,記錄網(wǎng)卡的最大傳輸單元
以后,我們將把網(wǎng)卡相關(guān)信息記錄在這個(gè)struct netdev結(jié)構(gòu)體中,然后在發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí),從中獲取以太網(wǎng)源地址。
網(wǎng)卡結(jié)構(gòu)體初始化
上面介紹了struct netdev結(jié)構(gòu)體,接下來(lái)我們看一下,level-ip是如何初始化它的。如下圖:
netdev_init()函數(shù)負(fù)責(zé)初始化網(wǎng)卡的ip地址、mac地址和mtu的值,這個(gè)函數(shù)的調(diào)用為:main()->init_stack()->netdev_init()。在該函數(shù)里面,使用到了netdev_alloc函數(shù),函數(shù)負(fù)責(zé)具體的初始化工作,如下圖:
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第3行,動(dòng)態(tài)申請(qǐng)內(nèi)存給netdev結(jié)構(gòu)體使用
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第5行,調(diào)用ip_parse函數(shù),將十進(jìn)制的ip地址轉(zhuǎn)化為用于網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)臄?shù)值格式
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第7行,調(diào)用sscanf函數(shù),填充以太網(wǎng)地址到netdev結(jié)構(gòu)體
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第14行,設(shè)置地址長(zhǎng)度
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第15行,設(shè)置最大單元發(fā)送長(zhǎng)度
以太網(wǎng)發(fā)送接口
終于來(lái)到重頭戲!level-ip的以太網(wǎng)發(fā)送接口為netdev_transmit()函數(shù),該函數(shù)保存在src\netdev.c文件中,如下圖:
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第3行,定義了一個(gè)netdev結(jié)構(gòu)體指針,前面介紹過(guò)了,這個(gè)結(jié)構(gòu)體保存了本地網(wǎng)卡的ip、以太網(wǎng)地址等信息。
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第4行,定義了一個(gè)eth_hdr結(jié)構(gòu)體指針,我們將通過(guò)這個(gè)結(jié)構(gòu)體來(lái)給數(shù)據(jù)幀填充以太網(wǎng)頭部
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第7行,從sk_buff結(jié)構(gòu)體中獲取netdev結(jié)構(gòu)體。在用戶(hù)連接網(wǎng)絡(luò),準(zhǔn)備發(fā)送數(shù)據(jù)的時(shí)候,會(huì)用sk_buff來(lái)記錄了待發(fā)送的數(shù)據(jù)幀和選中的網(wǎng)卡型號(hào),因此能通過(guò)該結(jié)構(gòu)體來(lái)獲取netdev結(jié)構(gòu)體,這個(gè)地方以后會(huì)進(jìn)一步深入講解
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第9行,skb_push函數(shù)會(huì)把sk_buff中的數(shù)據(jù)幀指針,往前移動(dòng)eth_hdr結(jié)構(gòu)體大小,這樣我們就能通過(guò)eth_hdr結(jié)構(gòu)體來(lái)給數(shù)據(jù)幀添加以太網(wǎng)頭部了。
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第13~17行,從netdev結(jié)構(gòu)體提取網(wǎng)卡信息,填充到數(shù)據(jù)幀頭部,得到待發(fā)送的完整數(shù)據(jù)幀。
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第19行,調(diào)用虛擬網(wǎng)卡發(fā)送函數(shù),來(lái)進(jìn)行以太網(wǎng)幀的數(shù)據(jù)發(fā)送。
以太網(wǎng)接收接口
level-ip的以太網(wǎng)發(fā)送接口為netdev_receive()函數(shù),該函數(shù)保存在src\netdev.c文件中,如下圖:
以太網(wǎng)的數(shù)據(jù)接收過(guò)程如下:
main函數(shù)中調(diào)用run_threads函數(shù),來(lái)創(chuàng)建netdev_rx_loop線(xiàn)程,netdev_rx_loop線(xiàn)程負(fù)責(zé)調(diào)用虛擬網(wǎng)卡讀取接口tun_read來(lái)讀取數(shù)據(jù),把讀取到的數(shù)據(jù)緩存到sk_buff結(jié)構(gòu)體后,調(diào)用netdev_receive函數(shù)來(lái)進(jìn)行以太網(wǎng)頭部解析。下面我們看netdev_receive函數(shù)分析過(guò)程:
第3行,調(diào)用eth_hdr函數(shù),從sk_buff結(jié)構(gòu)體中,獲取以太網(wǎng)頭部數(shù)據(jù)
第7行,判斷該幀數(shù)據(jù)是屬于ARP數(shù)據(jù)幀、IP數(shù)據(jù)幀、還是IPV6數(shù)據(jù)幀。這些概念我們下一篇文章再分析,這里只要了解以太網(wǎng)頭部數(shù)據(jù)是怎么獲取的就可以了。
第8~19行,對(duì)不同的類(lèi)型的幀作進(jìn)一步處理。
總結(jié)
通過(guò)我們這邊文章,我們已經(jīng)明白了以太網(wǎng)幀頭部的三要素:
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以太網(wǎng)目的地址
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以太網(wǎng)源地址
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以太網(wǎng)幀類(lèi)型
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LED驅(qū)動(dòng)電源的輸入包括高壓工頻交流(即市電)、低壓直流、高壓直流、低壓高頻交流(如電子變壓器的輸出)等。
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驅(qū)動(dòng)電源
在工業(yè)自動(dòng)化蓬勃發(fā)展的當(dāng)下,工業(yè)電機(jī)作為核心動(dòng)力設(shè)備,其驅(qū)動(dòng)電源的性能直接關(guān)系到整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。其中,反電動(dòng)勢(shì)抑制與過(guò)流保護(hù)是驅(qū)動(dòng)電源設(shè)計(jì)中至關(guān)重要的兩個(gè)環(huán)節(jié),集成化方案的設(shè)計(jì)成為提升電機(jī)驅(qū)動(dòng)性能的關(guān)鍵。
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工業(yè)電機(jī)
驅(qū)動(dòng)電源
LED 驅(qū)動(dòng)電源作為 LED 照明系統(tǒng)的 “心臟”,其穩(wěn)定性直接決定了整個(gè)照明設(shè)備的使用壽命。然而,在實(shí)際應(yīng)用中,LED 驅(qū)動(dòng)電源易損壞的問(wèn)題卻十分常見(jiàn),不僅增加了維護(hù)成本,還影響了用戶(hù)體驗(yàn)。要解決這一問(wèn)題,需從設(shè)計(jì)、生...
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驅(qū)動(dòng)電源
照明系統(tǒng)
散熱
電動(dòng)汽車(chē)(EV)作為新能源汽車(chē)的重要代表,正逐漸成為全球汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的重要發(fā)展方向。電動(dòng)汽車(chē)的核心技術(shù)之一是電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng),而絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)作為電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中的關(guān)鍵元件,其性能直接影響到電動(dòng)汽車(chē)的動(dòng)力性能和...
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電動(dòng)汽車(chē)
新能源
驅(qū)動(dòng)電源
在現(xiàn)代城市建設(shè)中,街道及停車(chē)場(chǎng)照明作為基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分,其質(zhì)量和效率直接關(guān)系到城市的公共安全、居民生活質(zhì)量和能源利用效率。隨著科技的進(jìn)步,高亮度白光發(fā)光二極管(LED)因其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)逐漸取代傳統(tǒng)光源,成為大功率區(qū)域...
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發(fā)光二極管
驅(qū)動(dòng)電源
LED
在LED照明技術(shù)日益普及的今天,LED驅(qū)動(dòng)電源的電磁干擾(EMI)問(wèn)題成為了一個(gè)不可忽視的挑戰(zhàn)。電磁干擾不僅會(huì)影響LED燈具的正常工作,還可能對(duì)周?chē)娮釉O(shè)備造成不利影響,甚至引發(fā)系統(tǒng)故障。因此,采取有效的硬件措施來(lái)解決L...
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LED照明技術(shù)
電磁干擾
驅(qū)動(dòng)電源
開(kāi)關(guān)電源具有效率高的特性,而且開(kāi)關(guān)電源的變壓器體積比串聯(lián)穩(wěn)壓型電源的要小得多,電源電路比較整潔,整機(jī)重量也有所下降,所以,現(xiàn)在的LED驅(qū)動(dòng)電源
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LED
驅(qū)動(dòng)電源
開(kāi)關(guān)電源
LED驅(qū)動(dòng)電源是把電源供應(yīng)轉(zhuǎn)換為特定的電壓電流以驅(qū)動(dòng)LED發(fā)光的電壓轉(zhuǎn)換器,通常情況下:LED驅(qū)動(dòng)電源的輸入包括高壓工頻交流(即市電)、低壓直流、高壓直流、低壓高頻交流(如電子變壓器的輸出)等。
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LED
隧道燈
驅(qū)動(dòng)電源
LED驅(qū)動(dòng)電源在LED照明系統(tǒng)中扮演著至關(guān)重要的角色。由于LED具有節(jié)能、環(huán)保、長(zhǎng)壽命等優(yōu)點(diǎn),使得LED照明在各個(gè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。然而,LED的電流、電壓特性需要特定的驅(qū)動(dòng)電源才能正常工作。本文將介紹常用的LED驅(qū)動(dòng)電...
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LED驅(qū)動(dòng)電源
led照明
LED驅(qū)動(dòng)電源是把電源供應(yīng)轉(zhuǎn)換為特定的電壓電流以驅(qū)動(dòng)LED發(fā)光的電源轉(zhuǎn)換器,通常情況下:LED驅(qū)動(dòng)電源的輸入包括高壓工頻交流(即市電)、低壓直流、高壓直流、低壓高頻交流(如電子變壓器的輸出)等。
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驅(qū)動(dòng)電源
高壓工頻交流
崧盛股份9日發(fā)布投資者關(guān)系活動(dòng)記錄表,就植物照明發(fā)展趨勢(shì)、行業(yè)壁壘等問(wèn)題進(jìn)行分享。植物照明未來(lái)市場(chǎng)需求廣闊崧盛股份指出,植物照明將會(huì)走向長(zhǎng)期產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域。主要原因有三:第一,LED植物照明賦能終端種植更具有經(jīng)濟(jì)價(jià)值。由于LE...
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崧盛股份
驅(qū)動(dòng)電源
在當(dāng)今高度發(fā)展的技術(shù)中,電子產(chǎn)品的升級(jí)越來(lái)越快,LED燈技術(shù)也在不斷發(fā)展,這使我們的城市變得豐富多彩。 LED驅(qū)動(dòng)電源將電源轉(zhuǎn)換為特定的電壓和電流,以驅(qū)動(dòng)LED發(fā)光。通常情況下:LED驅(qū)動(dòng)電源的輸入包括高壓工頻交流電(即...
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LED
驅(qū)動(dòng)電源
高壓直流
人類(lèi)社會(huì)的進(jìn)步離不開(kāi)社會(huì)上各行各業(yè)的努力,各種各樣的電子產(chǎn)品的更新?lián)Q代離不開(kāi)我們的設(shè)計(jì)者的努力,其實(shí)很多人并不會(huì)去了解電子產(chǎn)品的組成,比如LED電源。
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LED
驅(qū)動(dòng)電源
低壓直流
隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,LED技術(shù)也在不斷發(fā)展,為我們的生活帶來(lái)各種便利,為我們提供各種各樣生活信息,造福著我們?nèi)祟?lèi)。LED驅(qū)動(dòng)電源實(shí)際上是一種電源,但是它是一種特定的電源,用于驅(qū)動(dòng)LED發(fā)射帶有電壓或電流的光。 因此,LE...
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LED
驅(qū)動(dòng)電源
電流
LED燈作為一種新型節(jié)能和無(wú)污染光源,由于其特有的發(fā)光照明特性,在現(xiàn)代照明應(yīng)用中發(fā)揮著革命性的作用。作為 LED 照明產(chǎn)業(yè)鏈中最為核心的部件之一,LED 驅(qū)動(dòng)電源的驅(qū)動(dòng)控制技術(shù)所存在的可靠性低、成本高等典型問(wèn)題一直制約著...
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多路
LED
驅(qū)動(dòng)電源
隨著社會(huì)的快速發(fā)展,LED技術(shù)也在飛速發(fā)展,為我們的城市的燈光煥發(fā)光彩,讓我們的生活越來(lái)越有趣,那么你知道LED需要LED驅(qū)動(dòng)電源嗎?那么你知道什么是LED驅(qū)動(dòng)電源嗎?
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LED
開(kāi)關(guān)電源
驅(qū)動(dòng)電源
早前有新聞稱(chēng),Cree在2018年開(kāi)始宣布轉(zhuǎn)型高科技半導(dǎo)體領(lǐng)域,并一邊逐漸脫離照明與LED相關(guān)業(yè)務(wù),一邊持續(xù)投資半導(dǎo)體。在今日,Cree宣布與SMART Global Holdings, Inc.達(dá)成最終協(xié)議,擬將LED...
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cree
led照明