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[導讀]1.介紹 Linux網(wǎng)絡程序與內(nèi)核交互的方法是通過ioctl來實現(xiàn)的，ioctl與網(wǎng)絡協(xié)議棧進行交互，可得到網(wǎng)絡接口的信息，網(wǎng)卡設備的映射屬性和配置網(wǎng)絡接口.并且還能夠查看，修改，刪除ARP高速緩存的

1.介紹

Linux網(wǎng)絡程序與內(nèi)核交互的方法是通過ioctl來實現(xiàn)的，ioctl與網(wǎng)絡協(xié)議棧進行交互，可得到網(wǎng)絡接口的信息，網(wǎng)卡設備的映射屬性和配置網(wǎng)絡接口.并且還能夠查看，修改，刪除ARP高速緩存的信息，所以，我們有必要了解一下ioctl函數(shù)的具體實現(xiàn).

2.相關(guān)結(jié)構(gòu)體與相關(guān)函數(shù)

#include

int ioctl(int d,int request,....);

參數(shù):

d-文件描述符，這里是對網(wǎng)絡套接字操作，顯然是套接字描述符

request-請求碼

省略的部分對應不同的內(nèi)存緩沖區(qū)，而具體的內(nèi)存緩沖區(qū)是由請求碼request來決定的,下面看一下具體都有哪些相關(guān)緩沖區(qū)。

(1)網(wǎng)絡接口請求結(jié)構(gòu)ifreq

struct ifreq{
#define IFHWADDRLEN 6 //6個字節(jié)的硬件地址，即MAC
union{
char ifrn_name[IFNAMESIZ];//網(wǎng)絡接口名稱
}ifr_ifrn;
union{
struct sockaddr ifru_addr;//本地IP地址
struct sockaddr ifru_dstaddr;//目標IP地址
struct sockaddr ifru_broadaddr;//廣播IP地址
struct sockaddr ifru_netmask;//本地子網(wǎng)掩碼地址
struct sockaddr ifru_hwaddr;//本地MAC地址
short ifru_flags;//網(wǎng)絡接口標記
int ifru_ivalue;//不同的請求含義不同
struct ifmap ifru_map;//網(wǎng)卡地址映射
int ifru_mtu;//最大傳輸單元?
char ifru_slave[IFNAMSIZ];//占位符
char ifru_newname[IFNAMSIZE];//新名稱
void __user* ifru_data;//用戶數(shù)據(jù)
struct if_settings ifru_settings;//設備協(xié)議設置
}ifr_ifru;
}
#define ifr_name ifr_ifrn.ifrn_name;//接口名稱
#define ifr_hwaddr ifr_ifru.ifru_hwaddr;//MAC
#define ifr_addr ifr_ifru.ifru_addr;//本地IP
#define ifr_dstaddr ifr_ifru.dstaddr;//目標IP
#define ifr_broadaddr ifr_ifru.broadaddr;//廣播IP
#define ifr_netmask ifr_ifru.ifru_netmask;//子網(wǎng)掩碼
#define ifr_flags ifr_ifru.ifru_flags;//標志
#define ifr_metric ifr_ifru.ifru_ivalue;//接口側(cè)度
#define ifr_mtu ifr_ifru.ifru_mtu;//最大傳輸單元
#define ifr_map ifr_ifru.ifru_map;//設備地址映射
#define ifr_slave ifr_ifru.ifru_slave;//副設備
#define ifr_data ifr_ifru.ifru_data;//接口使用
#define ifr_ifrindex ifr_ifru.ifru_ivalue;//網(wǎng)絡接口序號
#define ifr_bandwidth ifr_ifru.ifru_ivalue;//連接帶寬
#define ifr_qlen ifr_ifru.ifru_ivalue;//傳輸單元長度
#define ifr_newname ifr_ifru.ifru_newname;//新名稱?
#define ifr_seeting ifr_ifru.ifru_settings;//設備協(xié)議設置

如果想獲得網(wǎng)絡接口的相關(guān)信息，就傳入ifreq結(jié)構(gòu)體.

(2)網(wǎng)卡設備屬性ifmap

struct ifmap{//網(wǎng)卡設備的映射屬性
unsigned long mem_start;//開始地址
unsigned long mem_end;//結(jié)束地址
unsigned short base_addr;//基地址
unsigned char irq;//中斷號
unsigned char dma;//DMA
unsigned char port;//端口
}

(3)網(wǎng)絡配置接口ifconf

struct ifconf{//網(wǎng)絡配置結(jié)構(gòu)體是一種緩沖區(qū)
int ifc_len;//緩沖區(qū)ifr_buf的大小
union{
char__user *ifcu_buf;//繪沖區(qū)指針
struct ifreq__user* ifcu_req;//指向ifreq指針
}ifc_ifcu;
};
#define ifc_buf ifc_ifcu.ifcu_buf;//緩沖區(qū)地址
#define ifc_req ifc_ifcu.ifcu_req;//ifc_req地址

(4)ARP高速緩存操作arpreq

/**
ARP高速緩存操作，包含IP地址和硬件地址的映射表
操作ARP高速緩存的命令字 SIOCDARP,SIOCGARP,SIOCSARP分別是刪除ARP高速緩存的一條記錄，獲得ARP高速緩存的一條記錄和修改ARP高速緩存的一條記錄
struct arpreq{
struct sockaddr arp_pa;//協(xié)議地址
struct sockaddr arp_ha;//硬件地址
int arp_flags;//標記
struct sockaddr arp_netmask;//協(xié)議地址的子網(wǎng)掩碼
char arp_dev[16];//查詢網(wǎng)絡接口的名稱
}

3. 請求碼request

類別

Request

說明

數(shù)據(jù)類型

套

接

口

SIOCATMARK

SIOCSPGRP

SIOCGPGRP

是否位于帶外標記

設置套接口的進程ID或進程組ID

獲取套接口的進程ID或進程組ID

int

文

件

FIONBIN

FIOASYNC

FIONREAD

FIOSETOWN

FIOGETOWN

設置/清除非阻塞I/O標志

設置/清除信號驅(qū)動異步I/O標志

獲取接收緩存區(qū)中的字節(jié)數(shù)

設置文件的進程ID或進程組ID

獲取文件的進程ID或進程組ID

int

接

口

SIOCGIFCONF

SIOCSIFADDR

SIOCGIFADDR

SIOCSIFFLAGS

SIOCGIFFLAGS

SIOCSIFDSTADDR

SIOCGIFDSTADDR

SIOCGIFBRDADDR

SIOCSIFBRDADDR

SIOCGIFNETMASK

SIOCSIFNETMASK

SIOCGIFMETRIC

SIOCSIFMETRIC

SIOCGIFMTU

SIOCxxx

獲取所有接口的清單

設置接口地址

獲取接口地址

設置接口標志

獲取接口標志

設置點到點地址

獲取點到點地址

獲取廣播地址

設置廣播地址

獲取子網(wǎng)掩碼

設置子網(wǎng)掩碼

獲取接口的測度

設置接口的測度

獲取接口MTU

（還有很多取決于系統(tǒng)的實現(xiàn)）

struct ifconf

struct ifreq

ARP

SIOCSARP

SIOCGARP

SIOCDARP

創(chuàng)建/修改ARP表項

獲取ARP表項

刪除ARP表項

struct arpreq

路

由

SIOCADDRT

SIOCDELRT

增加路徑

刪除路徑

struct rtentry

流

I_xxx

4. 相關(guān)例子

(1)網(wǎng)絡接口信息
選項獲取填充struct ifreq的ifr_name

#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
/**
ioctl函數(shù)是與內(nèi)核交互的一種方法，使用ioctl函數(shù)與內(nèi)核協(xié)議棧進行交互
ioctl函數(shù)可操作I/O請求，文件請求與網(wǎng)絡接口請求
網(wǎng)絡接口請求的幾個結(jié)構(gòu)體:
struct ifreq{
#define IFHWADDRLEN 6 //6個字節(jié)的硬件地址，即MAC
union{
char ifrn_name[IFNAMESIZ];//網(wǎng)絡接口名稱
}ifr_ifrn;
union{
struct sockaddr ifru_addr;//本地IP地址
struct sockaddr ifru_dstaddr;//目標IP地址
struct sockaddr ifru_broadaddr;//廣播IP地址
struct sockaddr ifru_netmask;//本地子網(wǎng)掩碼地址
struct sockaddr ifru_hwaddr;//本地MAC地址
short ifru_flags;//網(wǎng)絡接口標記
int ifru_ivalue;//不同的請求含義不同
struct ifmap ifru_map;//網(wǎng)卡地址映射
int ifru_mtu;//最大傳輸單元?
char ifru_slave[IFNAMSIZ];//占位符
char ifru_newname[IFNAMSIZE];//新名稱
void __user* ifru_data;//用戶數(shù)據(jù)
struct if_settings ifru_settings;//設備協(xié)議設置
}ifr_ifru;
}
#define ifr_name ifr_ifrn.ifrn_name;//接口名稱
#define ifr_hwaddr ifr_ifru.ifru_hwaddr;//MAC
#define ifr_addr ifr_ifru.ifru_addr;//本地IP
#define ifr_dstaddr ifr_ifru.dstaddr;//目標IP
#define ifr_broadaddr ifr_ifru.broadaddr;//廣播IP
#define ifr_netmask ifr_ifru.ifru_netmask;//子網(wǎng)掩碼
#define ifr_flags ifr_ifru.ifru_flags;//標志
#define ifr_metric ifr_ifru.ifru_ivalue;//接口側(cè)度
#define ifr_mtu ifr_ifru.ifru_mtu;//最大傳輸單元
#define ifr_map ifr_ifru.ifru_map;//設備地址映射
#define ifr_slave ifr_ifru.ifru_slave;//副設備
#define ifr_data ifr_ifru.ifru_data;//接口使用
#define ifr_ifrindex ifr_ifru.ifru_ivalue;//網(wǎng)絡接口序號
#define ifr_bandwidth ifr_ifru.ifru_ivalue;//連接帶寬
#define ifr_qlen ifr_ifru.ifru_ivalue;//傳輸單元長度
#define ifr_newname ifr_ifru.ifru_newname;//新名稱?
#define ifr_seeting ifr_ifru.ifru_settings;//設備協(xié)議設置
struct ifmap{//網(wǎng)卡設備的映射屬性
unsigned long mem_start;//開始地址
unsigned long mem_end;//結(jié)束地址
unsigned short base_addr;//基地址
unsigned char irq;//中斷號
unsigned char dma;//DMA
unsigned char port;//端口
}
struct ifconf{//網(wǎng)絡配置結(jié)構(gòu)體是一種緩沖區(qū)
int ifc_len;//緩沖區(qū)ifr_buf的大小
union{
char__user *ifcu_buf;//繪沖區(qū)指針
struct ifreq__user* ifcu_req;//指向ifreq指針
}ifc_ifcu;
};
#define ifc_buf ifc_ifcu.ifcu_buf;//緩沖區(qū)地址
#define ifc_req ifc_ifcu.ifcu_req;//ifc_req地址
(1)獲得配置選項SIOCGIFCONF獲得網(wǎng)絡接口的配置情況需要填充struct ifreq中ifr_name變量
(2)其它選項獲取填充struct ifreq的ifr_name
**/
int main(int argc,char*argv[]){
int s;
int err;
s=socket(AF_INET,SOCK_DGRAM,0);
if(s<0){
perror("socket error");
return;
}
//傳入網(wǎng)絡接口序號，獲得網(wǎng)絡接口的名稱
struct ifreq ifr;
ifr.ifr_ifindex=2;//獲得第2個網(wǎng)絡接口的名稱?
err=ioctl(s,SIOCGIFNAME,&ifr);
if(err){
perror("index error");
}else{
printf("the %dst interface is:%sn",ifr.ifr_ifindex,ifr.ifr_name);
}
//傳入網(wǎng)絡接口名稱，獲得標志
memcpy(ifr.ifr_name,"eth0",5);
err=ioctl(s,SIOCGIFFLAGS,&ifr);
if(!err){
printf("SIOCGIFFLAGS:%dn",ifr.ifr_flags);
}
//獲得MTU和MAC
err=ioctl(s,SIOCGIFMTU,&ifr);
if(!err){
printf("SIOCGIFMTU:%dn",ifr.ifr_mtu);
}
//獲得MAC地址
err=ioctl(s,SIOCGIFHWADDR,&ifr);
if(!err){
unsigned char* hw=ifr.ifr_hwaddr.sa_data;
printf("SIOCGIFHWADDR:%02x:%02x:%02x:%02x:%02x:%02xn",hw[0],hw[1],hw[2],hw[3],hw[4],hw[5]);
}
//獲得網(wǎng)卡映射參數(shù) 命令字SIOCGIFMAP
err=ioctl(s,SIOCGIFMAP,&ifr);
if(!err){
printf("SIOCGIFMAP,mem_start:%d,mem_end:%d,base_addr:%d,ifr_map:%d,dma:%d,port:%dn",ifr.ifr_map.mem_start,ifr.ifr_map.mem_end,ifr.ifr_map.base_addr,ifr.ifr_map.irq,ifr.ifr_map.dma,ifr.ifr_map.port);
}
//獲得網(wǎng)卡序號
err=ioctl(s,SIOCGIFINDEX,&ifr);
if(!err){
printf("SIOCGIFINDEX:%dn",ifr.ifr_ifindex);
}
//獲取發(fā)送隊列的長度
err=ioctl(s,SIOCGIFTXQLEN,&ifr);
if(!err){
printf("SIOCGIFTXQLEN:%dn",ifr.ifr_qlen);
}
//獲取網(wǎng)絡接口IP
struct sockaddr_in *sin=(struct sockaddr_in*)&ifr.ifr_addr;//保存的是二進制IP
char ip[16];//字符數(shù)組，存放字符串
memset(ip,0,16);
err=ioctl(s,SIOCGIFADDR,&ifr);
if(!err){
inet_ntop(AF_INET,&sin->sin_addr.s_addr,ip,16);//轉(zhuǎn)換的字符串保存到ip數(shù)組中，第二個參數(shù)是要轉(zhuǎn)換的二進制IP指針，第三個參數(shù)是轉(zhuǎn)換完成存放IP的緩沖區(qū)，最后一個參數(shù)是緩沖區(qū)的長度
printf("SIOCGIFADDR:%sn",ip);
}
//查詢目標IP地址
err=ioctl(s,SIOCGIFDSTADDR,&ifr);
if(!err){
inet_ntop(AF_INET,&sin->sin_addr.s_addr,ip,16);
printf("SIOCGIFDSTADDR:%sn",ip);
}
//查詢子網(wǎng)掩碼
err=ioctl(s,SIOCGIFNETMASK,&ifr);
if(!err){
inet_ntop(AF_INET,&sin->sin_addr.s_addr,ip,16);
printf("SIOCGIFNETMASK:%sn",ip);
}
//設置IP地址，設置網(wǎng)絡接口
inet_pton(AF_INET,"222.27.253.108",&sin->sin_addr.s_addr);//將字符串IP轉(zhuǎn)換成二進制
err=ioctl(s,SIOCSIFADDR,&ifr);//發(fā)送設置本機ip地址請求命令
if(!err){
printf("check IP-----");?
memset(&ifr,0,sizeof(ifr));
memcpy(ifr.ifr_name,"eth0",5);
ioctl(s,SIOCGIFADDR,&ifr);
inet_ntop(AF_INET,&sin->sin_addr.s_addr,ip,16);
printf("%sn",ip);
}
//得到接口的廣播地址
memset(&ifr,0,sizeof(ifr));
memcpy(ifr.ifr_name,"eth0",5);
ioctl(s,SIOCGIFBRDADDR,&ifr);
struct sockaddr_in *broadcast=(struct sockaddr_in*)&ifr.ifr_broadaddr;
//轉(zhuǎn)換成字符串
inet_ntop(AF_INET,&broadcast->sin_addr.s_addr,ip,16);//inet_ntop將二進制IP轉(zhuǎn)換成點分十進制的字符串
printf("BROADCAST IP:%sn",ip);
close(s);
}
運行結(jié)果:

[root@localhost ~]# ./ioctl-test
the 2st interface is:eth0
SIOCGIFFLAGS:4163
SIOCGIFMTU:1500
SIOCGIFHWADDR:00:13:d4:36:98:34
SIOCGIFMAP,mem_start:0,mem_end:0,base_addr:60416,ifr_map:201,dma:0,port:0
SIOCGIFINDEX:2
SIOCGIFTXQLEN:1000
SIOCGIFADDR:222.27.253.108
SIOCGIFDSTADDR:222.27.253.108
SIOCGIFNETMASK:255.255.255.0
check IP-----222.27.253.108
BROADCAST IP:222.27.253.255

(2)查看arp高速緩存信息

#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
/**
ARP高速緩存操作，包含IP地址和硬件地址的映射表
操作ARP高速緩存的命令字 SIOCDARP,SIOCGARP,SIOCSARP分別是刪除ARP高速緩存的一條記錄，獲得ARP高速緩存的一條記錄和修改ARP高速緩存的一條記錄
struct arpreq{
struct sockaddr arp_pa;//協(xié)議地址
struct sockaddr arp_ha;//硬件地址
int arp_flags;//標記
struct sockaddr arp_netmask;//協(xié)議地址的子網(wǎng)掩碼
char arp_dev[16];//查詢網(wǎng)絡接口的名稱
}
**/
//根據(jù)IP地址查找硬件地址
int main(int argc,char*argv[]){
int s;
int err;
struct arpreq arpreq;
struct sockaddr_in *addr=(struct sockaddr_in*)&arpreq.arp_pa;//IP地址
s=socket(AF_INET,SOCK_DGRAM,0);
if(s<0){
perror("socket error");
}
addr->sin_family=AF_INET;
addr->sin_addr.s_addr=inet_addr(argv[1]);//轉(zhuǎn)換成二進制IP
if(addr->sin_addr.s_addr==INADDR_NONE){
printf("IP地址格式錯誤n");
}
strcpy(arpreq.arp_dev,"eth0");
err=ioctl(s,SIOCGARP,&arpreq);
if(err==-1){
perror("arp");
return;
}
unsigned char* hw=(unsigned char*)&arpreq.arp_ha.sa_data;//硬件地址
printf("%sn",argv[1]);
printf("%02x:%02x:%02x:%02x:%02x:%02xn",hw[0],hw[1],hw[2],hw[3],hw[4],hw[5]);
close(s);
return 0;
}

運行結(jié)果:

[root@localhost ~]# ./ioctl-arp 222.27.253.1
222.27.253.1
00:0f:e2:5f:3c:8c
查看網(wǎng)關(guān)的MAC.在查看ARP高速緩存時要傳入IP地址與接口信息.而獲得接口信息要傳入接口名ifr_name,如eth0.

總結(jié):

本文主要介紹了獲得網(wǎng)絡接口請求信息，獲得網(wǎng)卡設備映射屬性,配置網(wǎng)絡接口,獲得ARP高速緩存等.其它ioctl函數(shù)還能對操作文件，操作I/O,操作路由等。最后,對于網(wǎng)絡接口的操作與ARP高速緩存的操作分別給出了實例

vxworks系統(tǒng)下獲取MAC的實例：

if(!init)
??? {
??????? void *pCookie;
??????? struct ifnet* pIfp;

??????? pCookie = (void *)muxTkCookieGet(systemDeviceName(),systemDeviceUnit());

??????? if (pCookie == NULL)
??????????? return ERROR;

??????? pIfp = ifunit(systemDeviceFullName());

??????? if( pIfp == NULL )
??????????? return ERROR;

??????? if (muxIoctl (pCookie, EIOCGADDR, enet) == ERROR)
??????? {
??????????? return ERROR;
??????? }

sprintf(macStr, "%02x:%02x:%02x:%02x:%02x:%02x", enet[0], enet[1], enet[2], enet[3], enet[4], enet[5]);
??????? init=TRUE;
??? }

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