1.Linux网络栈下两层实现
1.1简介
VLAN是网络栈的一个附加功能，且位于下两层。首先来学习Linux中网络栈下两层的实现，再去看如何把VLAN这个功能附加上去。下两层涉及到具体的硬件设备，日趋完善的Linux内核已经做到了很好的代码隔离，对网络设备驱动也是如此，如下图所示：
这里要注意的是，Linux下的网络设备net_dev并不一定都对应实际的硬件设备，只要注册一个struct net_device{}结构体（netdevice.h）到内核中，那么这个网络设备就存在了。该结构体很庞大，其中包含设备的协议地址（对于IP即IP地址），这样它就能被网络层识别，并参与路由系统，最有名的当数loopback设备。不同的设备（包括硬件和非硬件）的ops操作方法各不相同，由驱动自己实现。一些通用性的、与设备无关的操作流程（如设备锁定等）则被Linux提炼出来，我们称为驱动框架。
1.2代码框架
就是对于上图的扩展，从代码的角度看网络栈的实现。这里主要是学习的过程，一方面算是赏析Linux优美的代码结构，另一方面只有了解这些，才能更好地写网络设备的驱动，或者做平台移植。
与网络相关的代码主要在~/net，框架性的代码在~/net/core中，另外很多结构定义、宏、简单内联函数在~/include/net、~/include/linux中，具体设备的驱动在~/driver/net中。代码量很大，这里仅给出一些关键的代码流程，且有些流程比较复杂，放到下一节描述。如下图所示：
网络层的代码比较清晰，实际上还有一个forward流程（即路过主机，传向他处），这里没画出，其中NF_函数就是Netfilter框架的钩子函数。这里以IP协议为例，发送流程的代码大多在ip_input.c文件中，接收流程的代码大多在ip_output.c文件中。其它网络层协议如IPv6、X25等，流程大致相同。各种协议在发送流程的最后，都会主动调用dev_queue_xmit()函数；而设备接收到数据包后，会根据包的类型，传送给相应的协议函数，如ip_rcv()，当然这里的实现还是比较复杂的，设计到一些全局的数据结构，不是重点，没看。
驱动框架的代码基本都在~/net/core/dev.c中。其中的代码分为3部分：
全局性的代码，如netdev_init()是在系统启动时初始化网络环境的（注意并不是初始化具体的设备），register_netdevice()函数是添加\注册网络设备时调用的，它们中的一些细节直接关系到设备的工作过程，下一节针对具体模块时分别讲述；
发送框架相关的，由上层调用dev_queue_xmit()函数，经过一系列处理（包括锁定设备、选择队列、vlan相关的处理等），最终调用设备的hard_start_xmit()函数，由它完成硬件的发送过程；
接收框架相关的，香港服务器，因为接收是一个被动过程，一般通过中断来发起，但为了提高性能，Linux中的中断处理一般分为两部分（时间紧急的和时间不紧急的），即典型的UH+BH模型；另外近年来，人们发现大数据量时，连续的中断有损性能，现在越来越多的驱动都改用NPI接收模型，将BH部分直接在驱动中实现，比较复杂。不过不管通过什么流程接收到数据包后（封装成skb），都会把它交给netif_receive_skb()函数，该函数对数据包进行处理（包括vlan相关的），最终通过deliver_skb(ptype)交付给相应的上层。
设备驱动的代码（即netdev->ops所指向的函数），各个设备不同，其中最最重要的有5个：dev_open()，hard_start_xmit()，tx_timeout()，interrupt()，poll()。另外其他一些函数如设置mtu，更改mac等，则根据具体设备的功能选择实现。
1.3代码细节
以tealtek的rtl8169驱动为例，首先介绍一般的设备驱动中实现那些功能，以及这些功能是如何组合起来的。然后分别从发送、接收流程出发，分析驱动框架中的代码是如何支持这些功能的实现的。
1.3.1设备驱动的功能组合
前面讲到了，设备驱动中最最重要的5个函数，这些函数有机组合在一起，实现了可靠的设备功能，如下图所示：
打开函数dev_open()中，首先初始化设备的私有空间。每个网络设备有一个net_device结构体，同时还有一个私有结构，由net_device.priv指针指向。在module_init()函数中，一般会调用netdev_alloc(sizeof(priv),name,setup_func)函数，该函数指明设备的唯一名称及一个初始化函数（对于以太网，一般用ethe_setup()），同时申请net_device结构和private结构的空间。Private结构由不同的设备自己决定，在dev_open()中，应初始化之。
发送函数hard_start_xmit()中，首先利用硬件发送数据，注意这里仅是把数据写入设备的发送缓存中（或有些设备直接是利用dma的），然后写相应的寄存器，通知硬件开始发送，之后该函数就正确返回了，然后硬件到底有没有正确发送数据还不知道。
中断函数interrupt()，是在dev_open()时申请的，并根据实际硬件的中断号，与某个中断线联系并注册进内核。当该中断线上有中断时，CPU跳转到该函数执行。虽然是一根中断线，但设备中断的类型却不一样，这有具体设备决定，一般可通过读取硬件的状态寄存器获悉。若是接收中断，则以某种方式去调用poll()函数，把数据包传递给上层。
1.3.2发送流程细节
首先需要知道，Linux为每个网络设备准备了发送/接收队列，alloc_netdev(sizeof(priv),name,setup_func)实际上被定义为alloc_netdev_mqs(x,x,x,1,1)（netdevice.h），即默认为每个设备分配一个发送队列和一个接收队列，队列结构为struct netdev_queue，每个队列中有个重要的结构struct Qdisc。该结构的功能主要是提供多进程使用同一个设备时的锁定功能，在SMP架构（或多核架构）的机器中，这种锁定功能的实现变得尤为复杂，这也是现在内核设计的关键和难点，暂且不管。
现在来看网络设备的发送流程，如下图所示：
看了哪些风景，遇到哪些人。尽管同学说，去旅行不在于记忆，
