《LINUXCH2直接网卡编程技术.ppt

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第二篇 网络编程方法与技术 网络编程技术概述 : 直接网卡编程(可编程芯片) 基于packet driver的编程技术 基于NDIS的网络编程 VPACKET,PACKET32 Libpcap / Winpcap Berkeley Sockets编程技术 Winsock JAVA网络编程 在本篇介绍的网络编程方法中,直接网卡编程技术、基于网卡驱动程序的网络编程技术、基于NDIS的网络编程、VPACKET、PACKET32、Libpcap、Winpcap等方法处理(接收和发送)的是链路层数据包,一般用于网络协议分析、网络计费、网络监视与控制、防火墙系统、入侵检测系统等较底层的应用环境;而Socket、Winsock、Java等方法处理的是网络层以上的数据包,如IP、TCP、UDP等,一般用于用户之间的通信。 对于高层的网络编程方法,如ASP、JSP、.NET等,这些方法学习起来比较简单,本书不做介绍。 2.1 网卡的基本工作原理 在OSI模型中,物理层和数据链路层的主要功能一般由硬件网络适配器(也叫网卡)来完成。 每个工作站都安装有一块或多块网卡,每个网卡都有自己的控制器,用以确定何时发送,何时从网络上接受数据,并负责执行802.3所规定的规程, 如构成帧,计算帧检验序列、执行编码译码转换等。 2.1.1 Ethernet网络适配器的工作原理 网络适配器(网卡)一般由可编程数据链路控制器、曼彻斯特编码/译码器、收发器接口(TRANSCEIVER INTERFACE)、控制电路和存储器等几部分组成,如图1所示。其中可编程数据链路控制器由微处理器和网络管理部分等组成。 最初这些组成部分分别由不同的集成电路来实现,如National公司的DP8390+8391+8392,INTEL公司的82501,82586(控制器)。目前已将它们集成到一个芯片内,如莲花公司的UMC9008。 不同的网络芯片其编程方法稍有区别,但原理类似。 图1 网络适配器的结构 1.LAN管理部分和微处理器 LAN的管理部分是网络适配器的核心,负责执行所有规程和数据处理。微处理器部分包括微处理器芯片、RAM芯片和ROM芯片。 当PC机有数据要发送时,便中断微处理器,并将数据传送并存储在微处理器部分的RAM芯片中,命令它发送数据。微处理器还将来自PC机的信号转换为LAN的帧格式,随后命令LAN管理部分将数据发送到网络上。微处理监视发送过程,以检查发送是否成功。 一旦PC机准备好从网络上接收帧,它便中断微处理器,并通知它进行帧的接收。微处理器通过命令LAN管理部分开始接收帧来响应。微处理器对帧的接收过程进行监视。一旦接收的帧由LAN管理部分处理结束,微处理器便中断PC,将接收到的数据传给PC机。 2. 曼彻斯特编码/译码器 在LAN中,常用的编码方式有NRZ(不归零码)、曼彻斯特、差分曼彻斯特等。 IEEE802.3规定数据的传输必须用曼彻斯特编码进行。当PC机希望将数据发送到网络上时,总是以DMA方式逐字节地将数据传给LAN管理部分,LAN管理部分串行传给“不归零曼彻斯特编码器”,在这里进行曼彻斯特编码。 3.发送和发送控制部分 发送和发送控制部分负责帧的发送。 4. 接收和接收控制部分 接收和接收控制部分负责帧的接收 2.1.2 可编程链路控制器 1.DMA通道 网卡上的可编程控制器通过DMA来与PC机交换数据,网络适配器一共提供两个相互独立的DMA通道:LOCAL DMA和REMOTE DMA,如图2所示。 Local DMA:本地缓冲区与FIFO之间的DMA通道 Remote DMA:本地缓冲区与计算机之间的DMA通道 其中,本地DMA通道负责本地缓冲区与FIFO之间的数据传输。当网络适配器发送帧时,由本地DMA负责将本地缓冲区中的帧数据以字节或字(通过编程指定)方式送往FIFO,然后发送到网络传输介质上。如果在发送过程中发生碰撞,本地DMA在主机CPU不介入的情况下自动重发,最大重发次数为15次。若超过15次,表示本次发送失败,此时必须由主机CUP重新介入,再次启动本地DMA。 当网络适配器接收帧时,本地DMA自动完成由FIFO到本地缓冲区的以字节方式的数据传输,将接收到的数据缓存在本地接收缓冲区中,等到整个数据帧接收完后再通知主机取数。 1.DMA通道 远程DMA负责在主机内存与本地缓冲区之间以字节(或字)的方式交换数据。 当主机有数据要发送时,它将已准备好的帧(不含同步序列和CRC校验和)通过远程DMA通道传给网络适配器,然后启动网络适配器发送;当网络适配器接收到完整的数据帧后,以中断方式,通知主机通过远程DMA将接收到的数据取走。 1.DMA通道 注: ①两个DMA通道都采用32位寻址方式和8位或16

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