使用uIP將TUN網(wǎng)卡適配到TAP網(wǎng)卡-tun2tap-創(chuàng)新互聯(lián)

想玩虛擬網(wǎng)卡一定要玩TUN/TAP(以下簡(jiǎn)稱TAP)，想玩TAP一定要知道uIP。uIP是一個(gè)用戶態(tài)實(shí)現(xiàn)的一個(gè)超級(jí)輕量級(jí)的麻雀雖小五臟俱全的TCP/IP協(xié)議棧，相比lwIP要好用好玩得多，具體怎么個(gè)意思，還是請(qǐng)教它的大帥哥作者吧。本文要說的只是它的一個(gè)應(yīng)用，既如何將TUN模式的虛擬網(wǎng)卡適配成TAP模式的虛擬網(wǎng)卡，這個(gè)需求確實(shí)是需要的。
   到底什么時(shí)候需要把TUN模式的虛擬網(wǎng)卡裝bi成一個(gè)TAP模式的虛擬網(wǎng)卡呢？在你想這么做的時(shí)候！我個(gè)人認(rèn)為TAP模式的虛擬網(wǎng)卡特別適合做服務(wù)端，它可以任意橋接物理網(wǎng)段和虛擬網(wǎng)段，但是有些平臺(tái)真的就是不支持TAP模式虛擬網(wǎng)卡，比如說Android系統(tǒng)，我一直都想知道為什么，但是得到就是一句sorry！作為一個(gè)開源的平臺(tái)，我逐漸發(fā)現(xiàn)它不是那么的Free，任何平臺(tái)都沒有Linux那樣任你隨便蹂躪。Android限制API的使用，沒有root，那么怎么在有限的API接口范圍內(nèi)達(dá)到效果呢？如果說Open×××的服務(wù)端使用的一直都是TAP模式的虛擬網(wǎng)卡，難道還要專門為Android單獨(dú)啟動(dòng)一個(gè)TUN模式的服務(wù)嗎？作為一個(gè)偏執(zhí)的人，我絕不這么做！那么我會(huì)想方設(shè)法把Android的TUN網(wǎng)卡適配到TAP模式。
   TUN和TAP的區(qū)別是什么？無非就是少了一個(gè)以太網(wǎng)鏈路層，內(nèi)核驅(qū)動(dòng)層面不給實(shí)現(xiàn)，那么我自己在用戶態(tài)實(shí)現(xiàn)行不？大家都知道，從TUN網(wǎng)卡對(duì)應(yīng)的字符設(shè)備讀取出來的東西以及寫入的東西就是一個(gè)IP數(shù)據(jù)報(bào)，那么很簡(jiǎn)單，我只需要實(shí)現(xiàn)以下三點(diǎn)即可：
1.將數(shù)據(jù)從TUN字符設(shè)備讀出來后封裝一個(gè)以太頭；
2.將數(shù)據(jù)寫入TUN字符設(shè)備前去除其以太頭。
3.實(shí)現(xiàn)一個(gè)ARP邏輯，應(yīng)付ARP請(qǐng)求以及為了封裝目標(biāo)MAC地址而主動(dòng)發(fā)送ARP請(qǐng)求。
很簡(jiǎn)單是吧。但是要是真的寫起代碼來，還真的要費(fèi)些時(shí)間和精力。
   我早就承認(rèn)我不是一個(gè)真正的程序員，然而我是獵手，我希望用現(xiàn)成的東西幫我完成以上這一切，能重用的東西為何不重用呢，做到這一點(diǎn)需要的是積累，如果你不知道有uIP這么一個(gè)東西，那么可能你現(xiàn)在真的需要自己寫代碼了。上周買了一本書，講述iOS以及Mac OS X內(nèi)核編程的，原因是我的蘋果電腦已經(jīng)成了垃圾玩具了，心想能像對(duì)待Linux內(nèi)核那樣蹂躪Mac OS內(nèi)核，可是并不是那么回事，知識(shí)和能力需要積累，并不是想當(dāng)然的，雖然操作系統(tǒng)原理都那回事，然而當(dāng)你動(dòng)手的時(shí)候，就會(huì)發(fā)現(xiàn)并非如此！
   還好，我自認(rèn)對(duì)TAP虛擬網(wǎng)卡還算比較熟悉，因此我相信自己可以做到這件TUN適配到TAP的事情，由于自己比較懶，所有使用了uIP，如果不用uIP的話，憑著自己對(duì)以太幀結(jié)構(gòu)以及ARP協(xié)議的理解，也是可以完成代碼的，這個(gè)代碼的關(guān)鍵并不是什么高深的算法或者深刻的理論知識(shí)，而是對(duì)協(xié)議格式的理解以及簡(jiǎn)單地掌握C語言內(nèi)存操作的技巧，僅此而已。如果你還對(duì)uIP不熟悉，那就就花10分鐘時(shí)間瀏覽一下，它是超級(jí)簡(jiǎn)單的，它把TAP網(wǎng)卡當(dāng)成網(wǎng)線，在用戶態(tài)實(shí)現(xiàn)了一個(gè)完整的TCP/IP協(xié)議棧。既然uIP在用戶態(tài)實(shí)現(xiàn)了一個(gè)完整的協(xié)議棧，那么它肯定也實(shí)現(xiàn)了ARP邏輯以及以太幀的封裝邏輯，而這正是TUN適配到TAP的時(shí)候所要用到的。
   那么該怎么辦？很簡(jiǎn)單，修改uIP的代碼便是，在給出具體的修改之前，首先說一下除了使用了uIP之外，還使用了simpletun，玩TAP虛擬網(wǎng)卡的如果一頭扎進(jìn)Open×××那就錯(cuò)了，應(yīng)該先玩下simpletun，就一個(gè)C文件，直接gcc編譯即可。我使用simpletun作為服務(wù)端：
simpletun -s -p 12345 -a -i zz0
我之所以使用zz0作為虛擬網(wǎng)卡的名字是因?yàn)檫@樣在ifconfig的時(shí)候它會(huì)在最后，配置它的時(shí)候不用再拖動(dòng)滾動(dòng)條了。很顯然，服務(wù)端使用的是TAP模式，那么客戶端我準(zhǔn)備使用修改后的uIP，由于標(biāo)準(zhǔn)的uIP使用的是TAP，于是我把它修改成TUN模式，只需要將tapdev_init中的IFF_TAP改為IFF_TUN即可。修改了虛擬網(wǎng)卡模式之后，剩下的就是重寫讀寫邏輯了，之所以說是重寫而不是修改是因?yàn)橹貙懕刃薷母菀?，uIP的好處在于其定義了很多好用的接口而不是它實(shí)現(xiàn)的現(xiàn)成邏輯，使用這些接口或者稍加改動(dòng)的接口來實(shí)現(xiàn)一個(gè)新的邏輯或許更加容易。

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   和標(biāo)準(zhǔn)的uIP不同的是，tun2tap版本的uIP并不從虛擬網(wǎng)卡讀取以太幀，而是從網(wǎng)絡(luò)套接字讀取以太幀，虛擬網(wǎng)卡只是tun2tap版本uIP的“上層”，這一點(diǎn)是和標(biāo)準(zhǔn)的uIP的unix/main.c邏輯完全相反的。以下就是新版的main邏輯代碼：

int main(int argc, char **argv)
{
    .......
    // 設(shè)置本端的IP地址以及MAC，正常邏輯應(yīng)該在獲取虛擬IP地址以后再設(shè)置
    uip_ipaddr(ipaddr, 1,2,3,5);
    uip_sethostaddr(ipaddr);
    uip_ipaddr(ipaddr, 1,2,3,4);
    uip_setdraddr(ipaddr);
    uip_ipaddr(ipaddr, 255,255,255,0);
    uip_setnetmask(ipaddr);
    ... // 設(shè)置MAC地址
        // 初始化和simpletun連接的套接字
    net_init();
       while(1) {
                char raw_tun[UIP_BUFSIZE];
                memset(uip_buf, 0, sizeof(uip_buf));
        // 從套接字讀取數(shù)據(jù)，要么為ARP，要么為IP
                uip_len = net_read();
                if(uip_len > 0) {
            // 如果是IP的話，摘掉以太頭送往TUN網(wǎng)卡
                        if(BUF->type == htons(UIP_ETHTYPE_IP)) {
                                char *buf2tun = BUF;
                                buf2tun += sizeof(struct uip_eth_hdr);
                // 送往TUN虛擬網(wǎng)卡
                                tapdev_send(buf2tun, uip_len-sizeof(struct uip_eth_hdr));
            // 如果是ARP的話，回復(fù)ARP請(qǐng)求或者...
                        } else if(BUF->type == htons(UIP_ETHTYPE_ARP)) {
                // 處理ARP
                                uip_arp_arpin();
                                if(uip_len > 0) {
                    // 回復(fù)ARP
                                        net_send();
                                }
                        }
                } else if(timer_expired(&periodic_timer)) {
                        timer_reset(&periodic_timer);
                        for(i = 0; i < UIP_CONNS; i++) {
                                uip_periodic(i);
                                if(uip_len > 0) {
                                        uip_arp_out();
                                        net_send();
                                }
                        }
                        if(timer_expired(&arp_timer)) {
                                timer_reset(&arp_timer);
                                uip_arp_timer();
                        }
                }
        // 繼續(xù)處理TAP網(wǎng)卡讀出的數(shù)據(jù)，封裝上以太幀頭
                memset(uip_buf, 0, sizeof(uip_buf));
                uip_len = tapdev_read(raw_tun,
                                        UIP_BUFSIZE);
                if(uip_len > 0) {
                        memcpy(uip_buf+sizeof(struct uip_eth_hdr),
                                        raw_tun,
                                        uip_len);
            // 要么請(qǐng)求ARP，要么直接發(fā)送數(shù)據(jù)
                        uip_arp_out();
                        net_send();
                }
        }
        return 0;
}

以上代碼基本就完成了TUN到TAP的適配，如此一來，Open×××的服務(wù)端就可以一直使用TAP模式，即便某些平臺(tái)的Open×××必須使用TUN模式，也可以采用以上的方式實(shí)現(xiàn)一個(gè)用戶態(tài)的以太層，在用戶態(tài)封裝/解封裝以太幀。這樣可以大大降低服務(wù)端的復(fù)雜性。
   起初，我希望能直接在網(wǎng)上找到TUN適配到TAP的現(xiàn)成代碼，于是我搜索“TUN TAP 轉(zhuǎn)化”，“TUN TAP 適配”均無結(jié)果，換英文搜還是未果，于是按照老外的常用命名邏輯搜索“tun2tap”，“tap2tun”也依然沒找到什么，反而獲取了幾個(gè)reset...因此我寫下此文，還是老想法，希望如果有人想做類似事情的時(shí)候，能幫上點(diǎn)什么，起碼不像我一樣一無所獲，互聯(lián)網(wǎng)上應(yīng)該應(yīng)有盡有才對(duì)。

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當(dāng)前文章：使用uIP將TUN網(wǎng)卡適配到TAP網(wǎng)卡-tun2tap-創(chuàng)新互聯(lián)
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