网络设备运行机制详解

在Linux中为了简化对设备的管理，通常将所有的外围设备归为3类：字符设备、块设备和网络设备。为了将网络设备中的物理网络设备的多样性进行屏蔽，Linux对所有的网络物理设备抽象并定义了一个统一概念：接口。对于所有网络硬件的访问，都是通过接口进行的。接口实际上提供了一个对于所有类型网络硬件的一致化操作集合，用来处理对数据的发送和接收。数据结构structnet_device就是网络设备接口，它既包括纯软件网络设备接口，如环路等，又包括硬件网络设备接口，如以太网卡等。在内核启动或者驱动模块插入时，通过网络驱动程序向系统注册检测到的网络设备。在进行网络数据传输时，网络驱动程序需要负责通过标准的接口将数据发送到相应的网络层，或者向网络发送数据包。

网络接口定义在内核中的一个structdevice的数据结构中。每一个device的数据结构都是在驱动时创建的。structdevice结构图如图8-5所示。

图8-5 structdevice结构图(www.xing528.com)

这个数据结构是系统中的每一个设备的代表，它提供有多种设备方法，供操作系统或协议层调用。在这个数据结构中，主要定义的成员变量是init函数指针，这个函数指针初始化为设备驱动程序中提供的用来初始化device结构的过程，这个过程实际上就是用来检测和驱动网络设备的。在进行检测之前，每一个节点的init函数都指向对应的初始化函数。检测时，每个节点都分别调用init函数。如果成功，则返回并将该节点保留。

在这个结构中还定义了对硬件设备打开和关闭的函数指针（open和close）、硬件头的建立函数指针（hard_header）和硬件上的数据传输指针（hard_start_xmit）。当网络设备打开时，就可以通过这个网络设备开始传输数据了，传输出来的数据存放在sk_buff结构里面。hard_start_xmit函数指针是和某种具体的硬件相关的。通过dev_queue_xmit这个外部函数调用hard_start_xmit函数指针可完成网络数据的发送过程。

系统中所有的网络设备都是通过一个网络接口管理表dev_base统一进行管理的。在系统初始化完成后，系统检测到的所有网络设备都将自动保存在这张链表中。链表中的每一个字节都代表一个系统检测到的网络物理设备。当系统需要发送数据时，网络子系统根据系统路由表选择相应的网络接口进行数据传输；而当接收到数据包时，通过驱动程序登记的中断服务程序进行数据的接收。