1.介绍
Linux网络程序与内核交互的方法是通过ioctl来实现的，ioctl与网络协议栈进行交互，可得到网络接口的信息，网卡设备的映射属性和配置网络接口.并且还能够查看，修改，删除ARP高速缓存的信息，所以，我们有必要了解一下ioctl函数的具体实现.
2.相关结构体与相关函数
#include <sys/ioctl.h>
int ioctl(int d,int request,....);
参数:
fd-文件描述符，这里是对网络套接字操作，显然是套接字描述符
request-请求码
省略的部分对应不同的内存缓冲区，而具体的内存缓冲区是由请求码request来决定的,下面看一下具体都有哪些相关缓冲区。
(1)网络接口请求结构ifreq
#define IFHWADDRLEN 6 //6个字节的硬件地址，即MAC
struct ifreq {
union {
char ifrn_name[IFNAMESIZ]; //网络接口名称
} ifr_ifrn;
union {
struct sockaddr ifru_addr; //本地IP地址
struct sockaddr ifru_dstaddr; //目标IP地址
struct sockaddr ifru_broadaddr; //广播IP地址
struct sockaddr ifru_netmask; //本地子网掩码地址
struct sockaddr ifru_hwaddr; //本地MAC地址
short ifru_flags; //网络接口标记
int ifru_ivalue; //不同的请求含义不同
struct ifmap ifru_map; //网卡地址映射
int ifru_mtu; //最大传输单元
char ifru_slave[IFNAMSIZ]; //占位符
char ifru_newname[IFNAMSIZE]; //新名称
void __user* ifru_data; //用户数据
struct if_settings ifru_settings; //设备协议设置
} ifr_ifru;
};
#define ifr_name ifr_ifrn.ifrn_name;//接口名称
#define ifr_hwaddr ifr_ifru.ifru_hwaddr;//MAC
#define ifr_addr ifr_ifru.ifru_addr;//本地IP
#define ifr_dstaddr ifr_ifru.dstaddr;//目标IP
#define ifr_broadaddr ifr_ifru.broadaddr;//广播IP
#define ifr_netmask ifr_ifru.ifru_netmask;//子网掩码
#define ifr_flags ifr_ifru.ifru_flags;//标志
#define ifr_metric ifr_ifru.ifru_ivalue;//接口侧度
#define ifr_mtu ifr_ifru.ifru_mtu;//最大传输单元
#define ifr_map ifr_ifru.ifru_map;//设备地址映射
#define ifr_slave ifr_ifru.ifru_slave;//副设备
#define ifr_data ifr_ifru.ifru_data;//接口使用
#define ifr_ifrindex ifr_ifru.ifru_ivalue;//网络接口序号
#define ifr_bandwidth ifr_ifru.ifru_ivalue;//连接带宽
#define ifr_qlen ifr_ifru.ifru_ivalue;//传输单元长度
#define ifr_newname ifr_ifru.ifru_newname;//新名称
#define ifr_seeting ifr_ifru.ifru_settings;//设备协议设置
如果想获得网络接口的相关信息，就传入ifreq结构体.
(2)网卡设备属性ifmap
struct ifmap{//网卡设备的映射属性
unsigned long mem_start;//开始地址
unsigned long mem_end;//结束地址
unsigned short base_addr;//基地址
unsigned char irq;//中断号
unsigned char dma;//DMA
unsigned char port;//端口
}
(3)网络配置接口ifconf
struct ifconf{//网络配置结构体是一种缓冲区
int ifc_len;//缓冲区ifr_buf的大小
union{
char__user *ifcu_buf;//绘冲区指针
struct ifreq__user* ifcu_req;//指向ifreq指针
}ifc_ifcu;
};
#define ifc_buf ifc_ifcu.ifcu_buf;//缓冲区地址
#define ifc_req ifc_ifcu.ifcu_req;//ifc_req地址
(4)ARP高速缓存操作arpreq
/**
ARP高速缓存操作，包含IP地址和硬件地址的映射表
操作ARP高速缓存的命令字 SIOCDARP,SIOCGARP,SIOCSARP分别是删除ARP高速缓存的一条记录，获得ARP高速缓存的一条记录和修改ARP高速缓存的一条记录
struct arpreq{
struct sockaddr arp_pa;//协议地址
struct sockaddr arp_ha;//硬件地址
int arp_flags;//标记
struct sockaddr arp_netmask;//协议地址的子网掩码
char arp_dev[16];//查询网络接口的名称
}
3. 请求码request
|
类别 |
Request |
说明 |
数据类型 |
|
套 接 口 |
SIOCATMARK SIOCSPGRP SIOCGPGRP |
是否位于带外标记 设置套接口的进程ID或进程组ID 获取套接口的进程ID或进程组ID |
int int int |
|
文
件
|
FIONBIN FIOASYNC FIONREAD FIOSETOWN FIOGETOWN
|
设置/清除非阻塞I/O标志 设置/清除信号驱动异步I/O标志 获取接收缓存区中的字节数 设置文件的进程ID或进程组ID 获取文件的进程ID或进程组ID |
int int int int int |
|
接 口
|
SIOCGIFCONF SIOCSIFADDR SIOCGIFADDR SIOCSIFFLAGS SIOCGIFFLAGS SIOCSIFDSTADDR SIOCGIFDSTADDR SIOCGIFBRDADDR SIOCSIFBRDADDR SIOCGIFNETMASK SIOCSIFNETMASK SIOCGIFMETRIC SIOCSIFMETRIC SIOCGIFMTU SIOCxxx |
获取所有接口的清单 设置接口地址 获取接口地址 设置接口标志 获取接口标志 设置点到点地址 获取点到点地址 获取广播地址 设置广播地址 获取子网掩码 设置子网掩码 获取接口的测度 设置接口的测度 获取接口MTU （还有很多取决于系统的实现） |
struct ifconf struct ifreq struct ifreq struct ifreq struct ifreq struct ifreq struct ifreq struct ifreq struct ifreq struct ifreq struct ifreq struct ifreq struct ifreq struct ifreq |
|
ARP |
SIOCSARP SIOCGARP SIOCDARP |
创建/修改ARP表项 获取ARP表项 删除ARP表项 |
struct arpreq struct arpreq struct arpreq |
|
路 由 |
SIOCADDRT SIOCDELRT |
增加路径 删除路径 |
struct rtentry struct rtentry |
|
流 |
I_xxx |
|
|
4. 相关例子
(1)网络接口信息
选项获取填充struct ifreq的ifr_name
1 #include <stdio.h> 2 #include <stdlib.h> 3 #include <string.h> 4 #include <sys/types.h> 5 #include <sys/socket.h> 6 #include <netinet/in.h> 7 #include <linux/if.h> 8 #include <arpa/inet.h> 9 #include <linux/sockios.h> 10 /** 11 ioctl函数是与内核交互的一种方法，使用ioctl函数与内核协议栈进行交互 12 ioctl函数可操作I/O请求，文件请求与网络接口请求 13 网络接口请求的几个结构体: 14 struct ifreq{ 15 #define IFHWADDRLEN 6 //6个字节的硬件地址，即MAC 16 union{ 17 char ifrn_name[IFNAMESIZ];//网络接口名称 18 }ifr_ifrn; 19 union{ 20 struct sockaddr ifru_addr;//本地IP地址 21 struct sockaddr ifru_dstaddr;//目标IP地址 22 struct sockaddr ifru_broadaddr;//广播IP地址 23 struct sockaddr ifru_netmask;//本地子网掩码地址 24 struct sockaddr ifru_hwaddr;//本地MAC地址 25 short ifru_flags;//网络接口标记 26 int ifru_ivalue;//不同的请求含义不同 27 struct ifmap ifru_map;//网卡地址映射 28 int ifru_mtu;//最大传输单元 29 char ifru_slave[IFNAMSIZ];//占位符 30 char ifru_newname[IFNAMSIZE];//新名称 31 void __user* ifru_data;//用户数据 32 struct if_settings ifru_settings;//设备协议设置 33 34 }ifr_ifru; 35 } 36 #define ifr_name ifr_ifrn.ifrn_name;//接口名称 37 #define ifr_hwaddr ifr_ifru.ifru_hwaddr;//MAC 38 #define ifr_addr ifr_ifru.ifru_addr;//本地IP 39 #define ifr_dstaddr ifr_ifru.dstaddr;//目标IP 40 #define ifr_broadaddr ifr_ifru.broadaddr;//广播IP 41 #define ifr_netmask ifr_ifru.ifru_netmask;//子网掩码 42 #define ifr_flags ifr_ifru.ifru_flags;//标志 43 #define ifr_metric ifr_ifru.ifru_ivalue;//接口侧度 44 #define ifr_mtu ifr_ifru.ifru_mtu;//最大传输单元 45 #define ifr_map ifr_ifru.ifru_map;//设备地址映射 46 #define ifr_slave ifr_ifru.ifru_slave;//副设备 47 #define ifr_data ifr_ifru.ifru_data;//接口使用 48 #define ifr_ifrindex ifr_ifru.ifru_ivalue;//网络接口序号 49 #define ifr_bandwidth ifr_ifru.ifru_ivalue;//连接带宽 50 #define ifr_qlen ifr_ifru.ifru_ivalue;//传输单元长度 51 #define ifr_newname ifr_ifru.ifru_newname;//新名称 52 #define ifr_seeting ifr_ifru.ifru_settings;//设备协议设置 53 54 struct ifmap{//网卡设备的映射属性 55 unsigned long mem_start;//开始地址 56 unsigned long mem_end;//结束地址 57 unsigned short base_addr;//基地址 58 unsigned char irq;//中断号 59 unsigned char dma;//DMA 60 unsigned char port;//端口 61 } 62 63 struct ifconf{//网络配置结构体是一种缓冲区 64 int ifc_len;//缓冲区ifr_buf的大小 65 union{ 66 char__user *ifcu_buf;//绘冲区指针 67 struct ifreq__user* ifcu_req;//指向ifreq指针 68 }ifc_ifcu; 69 70 }; 71 #define ifc_buf ifc_ifcu.ifcu_buf;//缓冲区地址 72 #define ifc_req ifc_ifcu.ifcu_req;//ifc_req地址 73 74 (1)获得配置选项SIOCGIFCONF获得网络接口的配置情况 需要填充struct ifreq中ifr_name变量 75 (2)其它选项获取填充struct ifreq的ifr_name 76 **/ 77 78 int 79 main(int argc, char*argv[]) 80 { 81 int s; 82 int err; 83 s = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0); 84 if (s < 0) 85 { 86 perror("socket error"); 87 return; 88 } 89 90 //传入网络接口序号，获得网络接口的名称 91 struct ifreq ifr; 92 93 ifr.ifr_ifindex = 2; //获得第2个网络接口的名称 94 err = ioctl(s, SIOCGIFNAME, &ifr); 95 96 if (err) 97 { 98 perror("index error"); 99 } 100 else 101 { 102 103 printf("the %dst interface is:%s ", ifr.ifr_ifindex, ifr.ifr_name); 104 105 } 106 //传入网络接口名称，获得标志 107 memcpy(ifr.ifr_name, "eth0", 5); 108 err = ioctl(s, SIOCGIFFLAGS, &ifr); 109 if (!err) 110 { 111 printf("SIOCGIFFLAGS:%d ", ifr.ifr_flags); 112 } 113 //获得MTU和MAC 114 err = ioctl(s, SIOCGIFMTU, &ifr); 115 if (!err) 116 { 117 printf("SIOCGIFMTU:%d ", ifr.ifr_mtu); 118 } 119 //获得MAC地址 120 err = ioctl(s, SIOCGIFHWADDR, &ifr); 121 if (!err) 122 { 123 unsigned char* hw = ifr.ifr_hwaddr.sa_data; 124 printf("SIOCGIFHWADDR:%02x:%02x:%02x:%02x:%02x:%02x ", hw[0], hw[1], 125 hw[2], hw[3], hw[4], hw[5]); 126 } 127 //获得网卡映射参数 命令字SIOCGIFMAP 128 err = ioctl(s, SIOCGIFMAP, &ifr); 129 if (!err) 130 { 131 printf( 132 "SIOCGIFMAP,mem_start:%d,mem_end:%d,base_addr:%d,ifr_map:%d,dma:%d,port:%d ", 133 ifr.ifr_map.mem_start, ifr.ifr_map.mem_end, ifr.ifr_map.base_addr, 134 ifr.ifr_map.irq, ifr.ifr_map.dma, ifr.ifr_map.port); 135 } 136 137 //获得网卡序号 138 err = ioctl(s, SIOCGIFINDEX, &ifr); 139 if (!err) 140 { 141 printf("SIOCGIFINDEX:%d ", ifr.ifr_ifindex); 142 } 143 //获取发送队列的长度 144 err = ioctl(s, SIOCGIFTXQLEN, &ifr); 145 if (!err) 146 { 147 printf("SIOCGIFTXQLEN:%d ", ifr.ifr_qlen); 148 149 } 150 //获取网络接口IP 151 152 struct sockaddr_in *sin = (struct sockaddr_in*) &ifr.ifr_addr; //保存的是二进制IP 153 char ip[16]; //字符数组，存放字符串 154 memset(ip, 0, 16); 155 err = ioctl(s, SIOCGIFADDR, &ifr); 156 if (!err) 157 { 158 inet_ntop(AF_INET, &sin->sin_addr.s_addr, ip, 16); //转换的字符串保存到ip数组中，第二个参数是要转换的二进制IP指针，第三个参数是转换完成存放IP的缓冲区，最后一个参数是缓冲区的长度 159 printf("SIOCGIFADDR:%s ", ip); 160 161 } 162 163 //查询目标IP地址 164 err = ioctl(s, SIOCGIFDSTADDR, &ifr); 165 if (!err) 166 { 167 inet_ntop(AF_INET, &sin->sin_addr.s_addr, ip, 16); 168 printf("SIOCGIFDSTADDR:%s ", ip); 169 } 170 171 //查询子网掩码 172 err = ioctl(s, SIOCGIFNETMASK, &ifr); 173 if (!err) 174 { 175 inet_ntop(AF_INET, &sin->sin_addr.s_addr, ip, 16); 176 printf("SIOCGIFNETMASK:%s ", ip); 177 } 178 179 //设置IP地址，设置网络接口 180 inet_pton(AF_INET, "222.27.253.108", &sin->sin_addr.s_addr); //将字符串IP转换成二进制 181 err = ioctl(s, SIOCSIFADDR, &ifr); //发送设置本机ip地址请求命令 182 if (!err) 183 { 184 printf("check IP-----"); 185 memset(&ifr, 0, sizeof(ifr)); 186 memcpy(ifr.ifr_name, "eth0", 5); 187 ioctl(s, SIOCGIFADDR, &ifr); 188 inet_ntop(AF_INET, &sin->sin_addr.s_addr, ip, 16); 189 printf("%s ", ip); 190 } 191 //得到接口的广播地址 192 memset(&ifr, 0, sizeof(ifr)); 193 memcpy(ifr.ifr_name, "eth0", 5); 194 ioctl(s, SIOCGIFBRDADDR, &ifr); 195 struct sockaddr_in *broadcast = (struct sockaddr_in*) &ifr.ifr_broadaddr; 196 //转换成字符串 197 inet_ntop(AF_INET, &broadcast->sin_addr.s_addr, ip, 16); //inet_ntop将二进制IP转换成点分十进制的字符串 198 printf("BROADCAST IP:%s ", ip); 199 close(s); 200 201 }
运行结果:
[root@localhost ~]# ./ioctl-test
the 2st interface is:eth0
SIOCGIFFLAGS:4163
SIOCGIFMTU:1500
SIOCGIFHWADDR:00:13:d4:36:98:34
SIOCGIFMAP,mem_start:0,mem_end:0,base_addr:60416,ifr_map:201,dma:0,port:0
SIOCGIFINDEX:2
SIOCGIFTXQLEN:1000
SIOCGIFADDR:222.27.253.108
SIOCGIFDSTADDR:222.27.253.108
SIOCGIFNETMASK:255.255.255.0
check IP-----222.27.253.108
BROADCAST IP:222.27.253.255
(2)查看arp高速缓存信息
1 #include <stdio.h> 2 #include <sys/types.h> 3 #include <sys/socket.h> 4 #include <netinet/in.h> 5 #include <arpa/inet.h> 6 #include <net/if_arp.h> 7 #include <string.h> 8 #include <stdlib.h> 9 #include <linux/sockios.h> 10 /** 11 ARP高速缓存操作，包含IP地址和硬件地址的映射表 12 操作ARP高速缓存的命令字 SIOCDARP,SIOCGARP,SIOCSARP分别是删除ARP高速缓存的一条记录，获得ARP高速缓存的一条记录和修改ARP高速缓存的一条记录 13 14 struct arpreq 15 { 16 struct sockaddr arp_pa; //协议地址 17 struct sockaddr arp_ha;//硬件地址 18 int arp_flags;//标记 19 struct sockaddr arp_netmask;//协议地址的子网掩码 20 char arp_dev[16];//查询网络接口的名称 21 } 22 23 **/ 24 //根据IP地址查找硬件地址 25 int main(int argc,char*argv[]) 26 { 27 int s; 28 int err; 29 struct arpreq arpreq; 30 struct sockaddr_in *addr=(struct sockaddr_in*)&arpreq.arp_pa; //IP地址 31 s=socket(AF_INET,SOCK_DGRAM,0); 32 if(s<0) 33 { 34 perror("socket error"); 35 } 36 37 addr->sin_family=AF_INET; 38 addr->sin_addr.s_addr=inet_addr(argv[1]); //转换成二进制IP 39 if(addr->sin_addr.s_addr==INADDR_NONE) 40 { 41 printf("IP地址格式错误 "); 42 } 43 strcpy(arpreq.arp_dev,"eth0"); 44 err=ioctl(s,SIOCGARP,&arpreq); 45 if(err==-1) 46 { 47 perror("arp"); 48 return; 49 } 50 51 unsigned char* hw=(unsigned char*)&arpreq.arp_ha.sa_data; //硬件地址 52 printf("%s ",argv[1]); 53 printf("%02x:%02x:%02x:%02x:%02x:%02x ",hw[0],hw[1],hw[2],hw[3],hw[4],hw[5]); 54 close(s); 55 return 0; 56 57 }
运行结果:
[root@localhost ~]# ./ioctl-arp 222.27.253.1
222.27.253.1
00:0f:e2:5f:3c:8c
查看网关的MAC.在查看ARP高速缓存时要传入IP地址与接口信息.而获得接口信息要传入接口名ifr_name,如eth0.
总结:
本文主要介绍了获得网络接口请求信息，获得网卡设备映射属性,配置网络接口,获得ARP高速缓存等.其它ioctl函数还能对操作文件，操作I/O,操作路由等。最后,对于网络接口的操作与ARP高速缓存的操作分别给出了实例.
转自 ：http://blog.csdn.net/chenjin_zhong/article/details/7269558