linux 的三种硬件设备

linux 的硬件设备分为字符设备，块设备，网络设备。
字符设备提供连续的数据流，应用程序只能顺序读取，常见的有键盘，串口等，发送的指令数据都是顺序进行处理的，这一点比较好理解。
块设备可以允许随机读取，比如磁盘，内存条等，可以寻址到任意的位置去读取数据。
字符设备和块设备都可以在 /dev 下看到，列一部分设备如下，c 表示字符设备，b 表示块设备。

  1. [root@bjht-100G-GPU-001 stat]# ll /dev/
  2. crw-------  1 root root       10, 235 8月  22 17:08 autofs
  3. drwxr-xr-x  2 root root           200 8月  22 17:08 block
  4. crw-------  1 root root       10, 234 8月  22 17:08 btrfs-control
  5. drwxr-xr-x  3 root root            60 8月  22 17:08 bus

网络设备是特殊设备的驱动，它负责接收和发送帧数据，可能是物理帧，也可能是ip数据包，这些特性都有网络驱
动决定。它并不存在于/dev下，所以与一般的设备不同。网络设备是一个net_device结构，通过register_netdev
注册到系统里，可以通过 ifconfig -a 看到。

Linux 的虚拟网络设备之 ——tun/tap

tun/tap 的一端连着内核协议栈，一端连着应用程序。从内核协议栈传输到物理网络的包会有一部分被 tun/tap 劫持交给特定的应用程序处理，然后再从的应用程序发到物理网络上去。
这种流量劫持最常用的场景就是VPN，加密，压缩等应用。

  1. +----------------------------------------------------------------+
  2. |                                                                |
  3. |  +--------------------+      +--------------------+            |
  4. |  | User Application A |      | User Application B |<-----+     |
  5. |  +--------------------+      +--------------------+      |     |
  6. |               | 1                    | 5                 |     |
  7. |...............|......................|...................|.....|
  8. |               ↓                      ↓                   |     |
  9. |         +----------+           +----------+              |     |
  10. |         | socket A |           | socket B |              |     |
  11. |         +----------+           +----------+              |     |
  12. |                 | 2               | 6                    |     |
  13. |.................|.................|......................|.....|
  14. |                 ↓                 ↓                      |     |
  15. |             +------------------------+                 4 |     |
  16. |             | Newwork Protocol Stack |                   |     |
  17. |             +------------------------+                   |     |
  18. |                | 7                 | 3                   |     |
  19. |................|...................|.....................|.....|
  20. |                ↓                   ↓                     |     |
  21. |        +----------------+    +----------------+          |     |
  22. |        |      eth0      |    |      tun0      |          |     |
  23. |        +----------------+    +----------------+          |     |
  24. |    10.32.0.11  |                   |   192.168.3.11      |     |
  25. |                | 8                 +---------------------+     |
  26. |                |                                               |
  27. +----------------|-----------------------------------------------+
  28.                  ↓
  29.          Physical Network

https://segmentfault.com/a/1190000009249039

Linux 的虚拟网络设备之 ——veth

veth 一般是成对出现。

  1. +----------------------------------------------------------------+
  2. |                                                                |
  3. |       +------------------------------------------------+       |
  4. |       |             Newwork Protocol Stack             |       |
  5. |       +------------------------------------------------+       |
  6. |              ↑               ↑               ↑                 |
  7. |..............|...............|...............|.................|
  8. |              ↓               ↓               ↓                 |
  9. |        +----------+    +-----------+   +-----------+           |
  10. |        |   eth0   |    |   veth0   |   |   veth1   |           |
  11. |        +----------+    +-----------+   +-----------+           |
  12. |192.168.1.11  ↑               ↑               ↑                 |
  13. |              |               +---------------+                 |
  14. |              |         192.168.2.11     192.168.2.1            |
  15. +--------------|-------------------------------------------------+
  16.                ↓
  17.          Physical Network

https://segmentfault.com/a/1190000009251098

Linux 的虚拟网络设备之 —— Bridge

https://segmentfault.com/a/1190000009491002
物理网络设备有网卡、中继器、网桥、路由器、交换机等，linux 内核为这些物理设备抽象了各个虚拟的网络设备。
linux 内核中的 bridge 可以理解为一个虚拟交换机，有多个端口，数据可以从任何端口进来，进来之后从哪个口出去和物理交换机的原理差不多，要看mac地址。Bridge 内部维护了端口到Mac地址的映射表。
新建一个网桥：

  1. //新增一个网桥
  2. [root@vbj-mlp-zhaomeng-9-4 husong]# ip link add name br0 type bridge
  3. //查看新增网桥的状态
  4. [root@vbj-mlp-zhaomeng-9-4 husong]# ip link show br0 type bridge
  5. 542: br0: <BROADCAST,MULTICAST> mtu 1500 qdisc noop state DOWN mode DEFAULT group default qlen 1000
  6.     link/ether fe:f5:fb:5f:b7:d9 brd ff:ff:ff:ff:ff:ff
  8. //UP 网桥
  9. [root@vbj-mlp-zhaomeng-9-4 husong]# ip link set br0 up
  10. //查看网桥的状态
  11. [root@vbj-mlp-zhaomeng-9-4 husong]# ip link show br0 type bridge
  12. 542: br0: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 1500 qdisc noqueue state UNKNOWN mode DEFAULT group default qlen 1000
  13.     link/ether fe:f5:fb:5f:b7:d9 brd ff:ff:ff:ff:ff:ff

Bridge 和 veth 连接之后，会劫持veth 和内核协议栈的包，如图 veth0 收到的包不在给协议栈，而是给 bridge。

  1. +----------------------------------------------------------------+
  2. |                                                                |
  3. |       +------------------------------------------------+       |
  4. |       |             Newwork Protocol Stack             |       |
  5. |       +------------------------------------------------+       |
  6. |            ↑            ↑              |            ↑          |
  7. |............|............|..............|............|..........|
  8. |            ↓            ↓              ↓            ↓          |
  9. |        +------+     +--------+     +-------+    +-------+      |
  10. |        | .3.21|     |        |     | .3.101|    | .3.102|      |
  11. |        +------+     +--------+     +-------+    +-------+      |
  12. |        | eth0 |     |   br0  |<--->| veth0 |    | veth1 |      |
  13. |        +------+     +--------+     +-------+    +-------+      |
  14. |            ↑                           ↑            ↑          |
  15. |            |                           |            |          |
  16. |            |                           +------------+          |
  17. |            |                                                   |
  18. +------------|---------------------------------------------------+
  19.              ↓
  20.      Physical Network

当一个设备被 attach 到 Bridge 上时，那个设备的 IP 会变的无效，Linux 不再使用那个 IP 在三层接受数据。举例如下：如果 eth0 本来的 IP 是 192.168.1.2，此时如果收到一个目标地址是 192.168.1.2 的数据，Linux 的应用程序能通过 Socket 操作接受到它。而当 eth0 被 attach 到一个 bridge0 时，尽管 eth0 的 IP 还在，但应用程序是无法接受到上述数据的。此时应该把 IP 192.168.1.2 赋予 bridge0。
如果bridge 和 eth0 相连，eth0 发给协议栈的数据也会被劫持，从而退化成一根网线，对 bridge 来说，根本不区分是虚拟网络设备还是物理网络设备，所以 veth 和 eth0 连上bridge 之后的效果是一样的。

Linux 的虚拟网络设备之 —— VLAN device for 802.1.q