一.前言
Linux的源碼裡，網絡接口的實現部份是非常值得一讀的，通過讀源碼，不僅對網絡協議會有更深的了解，也有助於在網絡編程的時候，對應用函數有更精確的了解和把握。
本文把重點放在網絡接口程序的總體結構上，希望能作為讀源碼時一些指導性的文字。
本文以Linux2.4.16內核作為講解的對象，內核源碼可以在http://www.kernel.org上下載。我讀源碼時參考的是http://lxr.linux.no/這個交差參考的網站，我個人認為是一個很好的工具，如果有條件最好上這個網站。
二.網絡接口程序的結構
Linux的網絡接口分為四部份：網絡設備接口部份，網絡接口核心部份，網絡協議族部份，以及網絡接口socket層。
網絡設備接口部份主要負責從物理介質接收和發送數據。實現的文件在linu/driver/net目錄下面。
網絡接口核心部份是整個網絡接口的關鍵部位，它為網絡協議提供統一的發送接口，屏蔽各種各樣的物理介質，同時有負責把來自下層的包向合適的協議配送。它是網絡接口的中樞部份。它的主要實現文件在linux/net/core目錄下，其中linux/net/core/dev.c為主要管理文件。
網絡協議族部份是各種具體協議實現的部份。Linux支持TCP/IP，IPX，X.25，AppleTalk等的協議，各種具體協議實現的源碼在linux/net/目錄下相應的名稱。在這裡主要討論TCP/IP(IPv4)協議，實現的源碼在linux/net/ipv4,其中linux/net/ipv4/af_inet.c是主要的管理文件。
網絡接口Socket層為用戶提供的網絡服務的編程接口。主要的源碼在linux/net/socket.c
三.網絡設備接口部份
物理層上有許多不同類型的網絡接口設備, 在文件include/linux/if_arp.h的28行裡定義了ARP能處理的各種的物理設備的標志符。網絡設備接口要負責具體物理介質的控制，從物理介質接收以及發送數據，並對物理介質進行諸如最大數據包之類的各種設置。這裡我們以比較簡單的3Com3c501 太網卡的驅動程序為例，大概講一下這層的工作原理。源碼在Linux/drivers/net/3c501.c。
我們從直覺上來考慮，一個網卡當然最主要的是完成數據的接收和發送，在這裡我們來看看接收和發送的過程是怎麼樣的。
發送相對來說比較簡單，在Linux/drivers/net/3c501.c的行475 開始的el_start_xmit()這個函數就是實際向3Com3c501以太網卡發送數據的函數，具體的發送工作不外乎是對一些寄存器的讀寫，源碼的注釋很清楚，大家可以看看。
接收的工作相對來說比較復雜。通常來說，一個新的包到了，或者一個包發送完成了，都會產生一個中斷。Linux/drivers/net/3c501.c的572開始el_interrupt()的函數裡面，前半部份處理的是包發送完以後的匯報，後半部份處理的是一個新的包來的，就是說接收到了新的數據。el_interrupt()函數並沒有對新的包進行太多的處理，就交給了接收處理函數el_receive()。el_receive()首先檢查接收的包是否正確，如果是一個“好”包就會為包分配一個緩沖結構(dev_alloc_skb())，這樣驅動程序對包的接收工作就完成了，通過調用上層的函數netif_rx()(net/core/dev.c1214行) ，把包交給上層。
現在驅動程序有了發送和接收數據的功能了，驅動程序怎麼樣和上層建立聯系呢？就是說接收到包以後怎麼送給上層，以及上層怎麼能調用驅動程序的發送函數呢？
由下往上的關系，是通過驅動程序調用上層的netif_rx()(net/core/dev.c 1214行)函數實現的，驅動程序通過這個函數把接到的數據交給上層，請注意所有的網卡驅動程序都需要調用這個函數的，這是網絡接口核心層和網絡接口設備聯系的橋梁。
由上往下的關系就復雜點。網絡接口核心層需要知道有多少網絡設備可以用，每個設備的函數的入口地址等都要知道。網絡接口核心層會大聲喊，“嘿，有多少設備可以幫我發送數據包？能發送的請給我排成一隊！”。這一隊就由dev_base開始，指針strUCtnet_device *dev_base (Linux/include/linux/netdevice.h 436行)就是保存了網絡接口核心層所知道的所有設備。對於網絡接口核心層來說，所有的設備都是一個net_device結構，它在include/linux/netdevice.h,line 233裡被定義，這是從網絡接口核心層的角度看到的一個抽象的設備，我們來看看網絡接口核心層的角度看到的網絡設備具有的功能：
struct net_device {
………
open()
stop()
hard_start_xmit()
hard_header()
rebuild_header()
set_mac_address()
do_ioctl()
set_config()
hard_header_cache()
header_cache_update()
change_mtu()
tx_timeout()
hard_header_parse()
neigh_setup()
accept_fastpath()
………
}
如果網絡接口核心層需要由下層發送數據的時候，在dev_base找到設備以後，就直接調dev->hard_start_xmit()的這個函數來讓下層發數據包。
驅動程序要讓網絡接口核心層知道自己的存在，當然要加入dev_base所指向的指針鏈，然後把自己的函數以及各種參數和net_device裡的相應的域對應起來。加入dev_base所指向的指針鏈是通過函數register_netdev(&dev_3c50)(linux/drivers/net/net_init.c, line 532)
建立的。而把自己的函數以和net_device裡的相應的域及各種參數關系的建立是在el1_probe1()(Linux/drivers/net/3c501.c)裡進行的：
el1_probe1(){
………
dev->open = &el_open;
dev->hard_start_xmit = &el_start_xmit;
dev->tx_timeout = &el_timeout;
dev->watchdog_timeo = HZ;
dev->stop = &el1_close;
dev->get_stats = &el1_get_stats;
dev->set_multicast_list = &set_multicast_list;
………
ether_setup(dev);
………
}
進一步的對應工作在ether_setup(dev) (drivers/net/net_init.c, line 405 )裡進行。我們注意到dev->hard_start_xmit =&el_start_xmit，這樣發送函數的關系就建立了，上層只知道調用dev->hard_start_xmit這個來發送數據，上面的語句就把驅動程序實際的發送函數告訴了上層。
四.網絡接口核心部分
剛才談論了驅動程序怎麼和網絡接口核心層銜接的。網絡接口核心層知道驅動程序以及驅動程序的函數的入口是通過*dev_base指向的設備鏈的，而下層是通過調用這一層的函數netif_rx()(net/core/dev.c
1214行) 把數據傳遞個這一層的。
網絡接口核心層的上層是具體的網絡協議，下層是驅動程序，我們以及解決了下層的關系，但和上層的關系沒有解決。先來討論一下網絡接口核心層和網絡協議族部份的關系，這種關系不外乎也是接收和發送的關系。
網絡協議，例如IP，ARP等的協議要發送數據包的時候會把數據包傳遞給這層，那麼這種傳遞是通過什麼函數來發生的呢？網絡接口核心層通過dev_queue_xmit()(net/core/dev.c,line975)這個函數向上層提供統一的發送接口，也就是說無論是IP，還是ARP協議，通過這個函數把要發送的數據傳遞給這一層，想發送數據的時候就調用這個函數就可以了。dev_queue_xmit()做的工作最後會落實到dev->hard_start_xmit()，而dev->hard_start_xmit()會調用實際的驅動程序來完成發送的任務。例如上面的例子中，調用dev->hard_start_xmit()實際就是調用了el_start_xmit()。
現在討論接收的情況。網絡接口核心層通過的函數netif_rx()(net/core/dev.c 1214行)接收了上層發送來的數據，這時候當然要把數據包往上層派送。所有的協議族的下層協議都需要接收數據，TCP/IP的IP協議和ARP協議，SPX/IPX的IPX協議，AppleTalk的DDP和AARP協議等都需要直接從網絡接口核心層接收數據，網絡接口核心層接收數據是如何把包發給這些協議的呢？這時的情形和於下層的關系很相似，網絡接口核心層的下面可能有許多的網卡的驅動程序，為了知道怎麼向這些驅動程序發數據，前面以及講過時，是通過*dev_base這個指針指向的鏈解決的，現在解決和上層的關系是通過static struct packet_ptype_base[16]( net/core/dev.c line 164)這個數組解決的。這個數組包含了需要接收數據包的協議，以及它們的接收函數的入口。
從上面可以看到，IP協議接收數據是通過ip_rcv()函數的，而ARP協議是通過arp_rcv()的，網絡接口核心層只要通過這個數組就可以把數據交給上層函數了。
如果有協議想把自己添加到這個數組，是通過dev_add_pack()(net/core/dev.c, line233)函數，從數組刪除是通過dev_remove_pack()函數的。Ip層的注冊是在初始化函數進行的void __init ip_init(void) (net/ipv4/ip_output.c, line 1003)
{
………
dev_add_pack(&ip_packet_type);
………
}
重新到回我們關於接收的討論，網絡接口核心層通過的函數netif_rx()(net/core/dev.c 1214行)接收了上層發送來的數據，看看這個函數做了些什麼。
由於
