用户态协议栈设计实现udp，arp与icmp协议 _协议栈

前言内核里面已经有网络协议栈了，为什么还要实现一遍用户态协议栈呢，主要是站在一个设计者的角度，自己去尝试实现一个协议栈，那么对协议栈的理解会比较透彻，这不比背八股文强？
获取原始数据获取原始数据的三种方法介绍1、使用原始套接字raw socket ， tcpdump和wireshark就是使用这个做的，raw socket主要用来抓包。
2、dbdk，使用dbdk的话篇幅较长，这里就不展开了，有兴趣的可以看
Dpdk/网络协议栈/vpp/OvS/DDos/NFV/虚拟化/高性能专家-学习视频教程-腾讯课堂
3?.NETmap是用于用户层应用程序收发原始网络数据的高性能框架，本文使用netmap进行数据的收发。
netmap内核协议栈的数据到应用层的数据会经历两次拷贝，而netmap采用mmap的方式，直接将网卡的数据映射到一块内存中，应用程序可以直接通过mmap操作相应内存的数据。

文章插图

零拷贝其实通过上面的图我们就能看到，采用传统的内核协议栈的方式，会发生两次拷贝，一是网卡数据拷贝到内核协议栈；二是内核再拷贝到内存中去。而netmap采用的则是零拷贝。
所谓零拷贝，指的是不由CPU操作，copy这个动作是由cpu发出指令move实现的，所以零拷贝就是不由CPU管理，由DMA管理。DMA允许外设与内存直接进行数据传输，这个过程不需要CPU的参与。
更多的零拷贝相关内容看一下这个彻底搞懂零拷贝（Zero-Copy）技术
netmap安装与常用api介绍安装netmap单独写一篇安装教程，按照这个来即可手把手教你ubuntu18.04安装netmap
netmap的头文件#include<net/netmap_user.h>在 /netmap/sys/net/下
nm_open调用 nm_open 函数时，如：nmr = nm_open("netmap:ens33", NULL, 0, NULL); nm_open()会对传递的 ifname 指针里面的字符串进行分析，提取出网络接口名。
nm_open() 会对 struct nm_desc *d 申请内存空间，并通过 d->fd =open(NETMAP_DEVICE_NAME, O_RDWR);打开一个特殊的设备/dev/netmap 来创建文件描述符 d->fd 。
注意这个fd是/dev/netmap这个网卡设备，网卡只要来数据了，相应的这个fd就会有EPOLLIN事件，这个fd是检测网卡有没有数据的，因为是mmap，只要网卡有数据了，那么内存就有数据的。
fd是指向网卡，操作数据是操作内存，内存和网卡数据的同步的，而我们cpu只能操作内存，不能操作外设。
简而言之，struct nm_desc里面包含一个fd，这个fd指向/dev/netmap，用于poll、epoll等系统调用。
一旦调用 nm_open 函数，网卡的数据就不从内核协议栈走了，这时候最好在虚拟机中建两个网卡，一个用于netmap，一个用于ssh等应用程序的正常工作。

struct nm_desc *nm_open(const char *ifname, const struct nmreq *req, uint64_t new_flags, const struct nm_desc *arg);struct nm_desc *nmr = nm_open("netmap:ens33", NULL, 0, NULL);

nm_nextpktnm_nextpkt是用来接收网卡上到来的数据包的函数。nm_nextpkt会将所有 rx 环都检查一遍，当发现有一个 rx 环有需要接收的数据包时，得到这个数据包的地址，并返回。所以 nm_nextpkt()每次只能取一个数据包。因为接收到的数据包没有经过协议栈处理，因此需要在用户程序中自己解析。rx 环：想象成一个环形队列即可，每一项就是一个数据包。
stream即为数据在缓冲区中的首地址，struct nm_pkthdr为返回的数据包头部信息，不需要管头部的话直接从stream去取数据就行了。stream现在就是链路层的数据

文章插图

static u_char *nm_nextpkt(struct nm_desc *d, struct nm_pkthdr *hdr);unsigned* stream = nm_nextpkt(nmr, &nmhead);nm_injectnm_inject()是用来往共享内存中写入待发送的数据包数据的。数据包经共享内存拷贝到网卡，然后发送出去。所以 nm_inject()是用来发包的。
nm_inject()也会查找所有的发送环(tx 环)，找到一个可以发送的槽，就将数据包写入并返回，所以每次函数调用也只能发送一个包。
static int nm_inject(struct nm_desc *d, const void *buf, size_t size);nm_inject(nmr,&arp_rt,sizeof(arp_rt));nm_closenm_close 函数就是回收动态内存，回收共享内存，关闭文件描述符什么的了。
static int nm_close(struct nm_desc *d)nm_close(nmr);相关视频推荐
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