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Linux下虚拟多网卡测试平台的实现 　　摘要:研究了Linux网络协议实现和网卡驱动的工作机制,通过重构系统网络通信模型,在链路层加入多个逻辑网卡,成功搭建了基于Linux的虚拟多网卡测试平台。 　　关键词:Linux通信;TCP/IP协议;虚拟技术;性能测试;驱动编程 　　中图分类号:TP393文献标识码:A文章编号:1009-3044(2009)25-7284-03 　　Realization of the Virtual Multi- network Card Test Platform under Linux 　　ZOU Fang-qiang, TAO Jun-cai 　　(Data Processing Center of Nanchang University, Nanchang 330031, China) 　　Abstract: Studied the Linux network protocol and the working mechanism of network card, build a Linux-based virtual multi- network card test platform by restructuring system network traffic model and joined many logical network cards in the link level. 　　Key words: Linux communication; TCP / IP protocol; virtual technology; performance Testing; driver programming 　　随着虚拟和网络技术的不断发展,虚拟网卡技术被广泛应用。虚拟网卡能够很好地解决报文截获技术中存在的被绕开和软件冲突的问题[1];虚拟机软件中也要使用虚拟网卡技术实现虚拟机内系统和互联网通信;虚拟专用网的实现,通常也是使用虚拟网卡来让同一台主机注册多个子网的IP;软件开发过程中,虚拟网卡也被用做网络数据源,测试软件网络数据处理性能。目前出现的虚拟网卡软件要么灵活性差、使用不方便,要么满足不了数量上的要求,凭借Linux系统优良的网络性能和内核的易扩展性,本文实现一个简洁、易于使用和部署的虚拟多网卡平台。 　　1 Linux协议分析 　　Linux提供了对于当前的TCP/IP协议的完整支持,Linux包括了IP防火墙代码、IP防伪、IP服务质量控制及许多安全特性,这些特性使得Linux被广泛应用于网络服务器。开源特性使Linux在网络性能能够始终处在前列,良好的框架和统一的风格,也让他对新的通信协议的支持变得容易。协议结构上,Linux基本采用了TCP/IP的四层逻辑结构,但并没有拘泥于TCP/IP协议,如为了便于体现程序调用逻辑,内核将ICPM、IGMP模块与TCP、UDP放在同一个层次对待。Linux系统在网络方面的优秀表现,也是本文最终在Linux上实现的主要原因,为了后面能清晰地说明问题,下面简要介绍虚拟网卡实现中涉及到的Linux内核网络相关概念。 　　1.1 协议实现中的关键数据结构 　　在网络协议的实现中有几个关键的数据结构,它们贯穿了整个协议的实现,其中之一是对接收和发送的报文进行统一管理的缓冲区数据结构――sk_buff。一个个单独的sk_buff被组织成双向链表的形式。sk_buff的强大功能在于它提供了众多指针,可以快速地定位协议头位置;它也同时保留了许多报文信息(如使用的网络设备等),以便协议层根据需要灵活应用。其中:Union h是传输层协议头(tcp);Union nh是网络层协议头(ip);Union mac是链路层协议头。 　　从应用层到链路层,报文的生成始终离不开sk_buff,对报文的每次封装其实就是在对sk_buff指向的缓冲区的操作,以下简要介绍sk_buff的生命周期,当一个数据包被网卡接收到后,网卡驱动就会申请一个sk_buff结构,然后将数据部分拷贝到sk_buff结构里,并且将与链路层相关的信息设置好,交给网络层处理。网络层、传输层根据sk_buff的信息实现相应协议。一般地,当数据包被传输层的协议接收到后,Socket接口将sk_buff中的数据拷贝到应用层的数据缓存区,这时候sk_buff的生命就结束了,被释放掉。当应用层发送数据时,也是在网络协议族提供的接口函数里,申请一个sk_buff结构,将数据拷贝到这个结构里。当sk_buff结构达到网卡驱动程序时,里面包含足够二层路由信息,数据部分也是一个完整的数据包。 　　另一个关键数据结构是用来描述逻辑网络设备的net_device,该结构主要描述了以下信息: