这篇文章想详细阐述一下有关于 TUN/TAP 设备的编程。

其实关于这两种设备的编程，基本上属于八股文，大家一般都这么干。

启动设备之前

有的linux 并没有将tun 模块编译到内核之中，所以，我们要做的第一件事情就是检查我们的系统是否支持 TUN/TAP 。具体如何检查和解决，请查看这里http://blog.csdn.net/lishuhuakai/article/details/70305543，这篇文章就不再赘述。

光有tun 模块还不够，我们还要创建上篇文章中所提到的文件，运行命令：

% sudo mknod /dev/net/tun c 10 200 # c表示为字符设备，10和200分别是主设备号和次设备号

这样，你到 /dev/net/ 目录下就可以看到一个名称为 tun 的文件了。当然这里的 tun 可以改成任意的你喜欢的名称。

启动设备

对于TUN设备，我们一般这样来初始化：

int 
tun_alloc(char dev[IFNAMSIZ]) // dev数组用于存储设备的名称
{
  struct ifreq ifr;
  int fd, err;

  if ((fd = open("/dev/net/tun", O_RDWR)) < 0) { // 打开文件
    perror("open");
    return -1;
  }

  bzero(&ifr, sizeof(ifr));
  
  /* Flags : IFF_TUN   - TUN设备
   *         IFF_TAP   - TAP设备
   *         IFF_NO_PI - 不需要提供包的信息
   */
  
  ifr.ifr_flags = IFF_TUN | IFF_NO_PI; // tun设备不包含以太网头部,而tap包含,仅此而已

  if (*dev) {
    strncpy(ifr.ifr_name, dev, IFNAMSIZ); 
  }

  if ((err = ioctl(fd, TUNSETIFF, (void *) &ifr)) < 0) { // 打开设备
    perror("ioctl TUNSETIFF");
    close(fd);
    return err;
  }
  // 一旦设备开启成功，系统会给设备分配一个名称对于tun设备，一般为tunX，X为从0开始的编号，对于tap设备
  // 一般为tapX,X为从0开始的编号
  strcpy(dev, ifr.ifr_name); // 拷贝设备的名称至dev中
  return fd;
}

如果我们想启动一个TAP 设备的话，很简单，将上面的ifr.ifr_flags = IFF_TUN | IFF_NO_PI;改为ifr.ifr_flags = IFF_TAP | IFF_NO_PI;即可，那么我们就启动了一个 TAP 设备。

设定网络地址

上面的代码打开了文件，并且返回了文件的描述符，但是还不够，对于一张网卡来说，我们还要给其配置网络地址，有时候甚至是路由信息，网卡才能够正常地工作。

一旦虚拟的 TUN/TAP 设备启动成功，我们便可以通过命令来给其设定地址。

我来举个例子,以一个 TAP 设备为例：

% sudo ip link set dev tap0 up  # 启动tap0网卡,虽然网卡已经启动，但是此时使用ipconfig命令并不能看到tap0这个设备，因为我们还没有给其配置ip地址

% sudo ip address add dev tap0 10.0.1.5/24 # 给tap0设置ip地址

% ifconfig  # 此时在ifconfig命令下已经可以看到tap0设备了
tap0: flags=4163<UP,BROADCAST,RUNNING,MULTICAST>  mtu 1500
        inet 10.0.1.5  netmask 255.255.255.0  broadcast 0.0.0.0
        inet6 fe80::1872:80ff:fe20:46e2  prefixlen 64  scopeid 0x20<link>
        ether 1a:72:80:20:46:e2  txqueuelen 1000  (Ethernet)
        RX packets 0  bytes 0 (0.0 B)
        RX errors 0  dropped 0  overruns 0  frame 0
        TX packets 0  bytes 0 (0.0 B)
        TX errors 0  dropped 0 overruns 0  carrier 0  collisions 0

        
% ip route show # 显示所有的路由信息
default via 192.168.140.2 dev ens33 proto static metric 100
10.0.0.0/24 dev ens39 proto kernel scope link src 10.0.0.130 metric 100
10.0.1.0/24 dev tap0 proto kernel scope link src 10.0.1.5 # 给网卡设定ip后，系统自动添加了路由
192.168.140.0/24 dev ens33 proto kernel scope link src 192.168.140.133 metric 100

通过手动敲命令的方式来配置 tap0 设备，略显麻烦，其实我们可以直接在程序中调用 system 函数：

int 
run_cmd(char *cmd, ...)
{
    va_list ap;
    char buf[CMDBUFLEN];
    va_start(ap, cmd);
    vsnprintf(buf, CMDBUFLEN, cmd, ap);
    va_end(ap);
    if (debug) { // DEBUG模式下输出信息
        printf("EXEC: %s\n", buf);
    }
    return system(buf);
}

将上面的命令直接传递给 run_cmd 函数即可.

当然，如果你不喜欢这种方式，我们自然还可以有其他的方法，比如说使用下面的函数：

int
set_stack_attribute(char *dev)
{
    struct ifreq ifr;
    struct sockaddr_in addr;
    int sockfd, err = -1;

    bzero(&addr, sizeof(addr));
    addr.sin_family = AF_INET;
    inet_pton(AF_INET, tapaddr, &addr.sin_addr);

    bzero(&ifr, sizeof(ifr));
    strcpy(ifr.ifr_name, dev);
    bcopy(&addr, &ifr.ifr_addr, sizeof(addr));
    sockfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
    if (sockfd < 0) {
        perror("socket");
        return -1;
    }

    // ifconfig tap0 10.0.1.5 #设定ip地址
    if ((err = ioctl(sockfd, SIOCSIFADDR, (void *)&ifr)) < 0) {
        perror("ioctl SIOSIFADDR");
        goto done;
    }

    /* 获得接口的标志 */
    if ((err = ioctl(sockfd, SIOCGIFFLAGS, (void *)&ifr)) < 0) {
        perror("ioctl SIOCGIFADDR");
        goto done;
    }

    /* 设置接口的标志 */
    ifr.ifr_flags |= IFF_UP;
    // ifup tap0 #启动设备
    if ((err = ioctl(sockfd, SIOCSIFFLAGS, (void *)&ifr)) < 0) {
        perror("ioctl SIOCSIFFLAGS");
        goto done;
    }

    inet_pton(AF_INET, "255.255.255.0", &addr.sin_addr);
    bcopy(&addr, &ifr.ifr_netmask, sizeof(addr));
    // ifconfig tap0 10.0.1.5/24 #设定子网掩码
    if ((err = ioctl(sockfd, SIOCSIFNETMASK, (void *) &ifr)) < 0) {
        perror("ioctl SIOCSIFNETMASK");
        goto done;
    }


done:
    close(sockfd);
    return err;
}

上面的函数主要干的事情和上面的命令大致相同。

收发数据

收发数据非常简单，每次读取返回的文件描述符即可接收数据，没有数据到来时，会一直阻塞在哪里，当然，你也可以玩一下非阻塞 IO，然后想要发送数据的话，只需要将数据写入到该文件描述符对应的文件中即可。