Linux网络设备驱动程序体系结构分为四层()

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1.网络设备驱动程序框架概述

Linux网络设备驱动程序体系结构分为四层：网络协议接口层，网络设备接口层，提供实际功能的设备驱动程序层以及网络设备和媒体层。

（[1）网络协议接口层

网络协议接口层为网络层协议提供了统一的数据包接收和发送接口。无论高层协议是ARP还是IP，它都通过dev_queue_xmit（）函数发送数据，并通过netif_rx（）函数接收数据。该层的存在使上层协议独立于特定设备。

（[2）网络设备接口层

由网络设备接口层提供给协议接口层的结构net_device用于描述特定网络设备的属性和操作。此结构是设备驱动程序功能层的功能的容器。

（[3）设备驱动程序功能层

设备驱动程序功能层的每个功能都是网络设备接口层的net_device数据结构的特定成员。它是驱动网络设备硬件完成相应操作的程序。它通过nto_start_xmit（）函数开始发送操作，并在网络设备上传递中断。触发接收操作。

（[4）网络设备和媒体层

网络设备和媒体层完成数据包的发送和接收的物理实体，包括网络适配器和特定的传输媒体。网络适​​配器由设备驱动程序功能层中的功能物理驱动。

驱动程序工程师的工作：在设计特定的网络设备驱动程序时，需要完成的主要工作是编写设备驱动程序功能层的相关功能，以填充net_device数据结构的内容并注册。 net_device进入内核。

2.相关数据结构

（[1） struct sk_buff

sk_buff是网络驱动框架中的信息载体，并且是网络分层模型中数据的逐层打包和解包载体。

 427 struct sk_buff {
 428         /* These two members must be first. */
 429         struct sk_buff          *next;   //sk_buff是双向链表，所以有前去后继，这是指向后面的sk_buff结构体指针
 430         struct sk_buff          *prev;   //这是指向前一个sk_buff结构体指针 
 432         ktime_t                 tstamp;
 434         struct sock             *sk;
 435         struct net_device       *dev;    //对应的net_device
 443         char                    cb[48] __aligned(8);
 445         unsigned long           _skb_refdst;
 449         unsigned int            len,     //表示数据区的长度（tail-data）与分片结构体数据区的长度之和
 450                                 data_len;//只表示分片结构体数据区的长度，所以len=(tail - data) + data_len
 451         __u16                   mac_len, //mac报头的长度
 452                                 hdr_len;
 473         __be16                  protocol;//包的协议类型，标识是IP包还是ARP包还是其他数据包
 534         __u16                   inner_transport_header;
 535         __u16                   inner_network_header;
 536         __u16                   inner_mac_header;
 537         __u16                   transport_header; //指向传输包头
 538         __u16                   network_header;   //指向传输层包头
 539         __u16                   mac_header;       //指向链路层包头
 540         /* These elements must be at the end, see alloc_skb() for details.  */
 541         sk_buff_data_t          tail;             //指向当前数据包的尾地址, 随着各个网络层的加工而变化
 542         sk_buff_data_t          end;              //数据缓冲区的结束地址
 543         unsigned char           *head,            //数据缓冲区的开始地址
 544                                 *data;            //data指向当前数据包的首地址, 随着各个网路层的加工而变化
 545         unsigned int            truesize;
 546         atomic_t                users;
 547 };

struct sk_buff

（[2） struct net_device

在Linux内核中，net_device用于描述网络设备。 net_device是设备接口层的核心，也是编写网络驱动程序核心的对象。

1160 struct net_device {
1167         char                    name[IFNAMSIZ];//网络设备的名称, 网络设备被载入后会出现在ifconfig中, 比如默认的eth0就是这个
1179         unsigned long           mem_end;        //网络设备所使用的共享内存起始地址
1180         unsigned long           mem_start;      //网络设备所使用的共享内存结束地址
1181         unsigned long           base_addr;      //表示网络设备的IO基地址
1182         int                     irq;            //设备使用的中断号
1189         unsigned long           state;
1190 
1191         struct list_head        dev_list;
1192         struct list_head        napi_list;
1193         struct list_head        unreg_list;
1194         struct list_head        close_list;
1210         netdev_features_t       features;       //用户层可以修改的特征
1212         netdev_features_t       hw_features;    //用户层不能修改的特征
1214         netdev_features_t       wanted_features;
1243         const struct net_device_ops *netdev_ops;//网络设备的操作方法集
1244         const struct ethtool_ops *ethtool_ops;  //ethtool的方法集
1245         const struct forwarding_accel_ops *fwd_ops;
1248         const struct header_ops *header_ops;    //协议头操作集
1250         unsigned int            flags;  /* interface flags (a la BSD)   */
1251         unsigned int            priv_flags; /* Like 'flags' but invisible to userspace.
1252                                              * See if.h for definitions. */
1253         unsigned short          gflags;                   
1254         unsigned short          padded; /* How much padding added by alloc_netdev() */
1256         unsigned char           operstate; /* RFC2863 operstate */
1257         unsigned char           link_mode; /* mapping policy to operstate */
1259         unsigned char           if_port;        /* Selectable AUI, TP,..*/
1260         unsigned char           dma;            /* DMA channel          */
1262         unsigned int            mtu;    /* interface MTU value          */
1263         unsigned short          type;   /* interface hardware type      */
1264         unsigned short          hard_header_len;        /* hardware hdr length  */
1270         unsigned short          needed_headroom;
1271         unsigned short          needed_tailroom;
1274         unsigned char           perm_addr[MAX_ADDR_LEN]; /* permanent hw address */
1275         unsigned char           addr_assign_type; /* hw address assignment type */
1276         unsigned char           addr_len;       /* hardware address length      */
1289         struct kset             *queues_kset;
1386         int                     watchdog_timeo; /* used by dev_watchdog() */
1480 };

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