ifconfig工具与驱动交互解析(ioctl)

Linux ifconfig（network interfaces configuring）

• Linux ifconfig命令用于显示或设置网络设备。ifconfig可设置网络设备的状态，或是显示目前的设置。
• 同netstat一样，ifconfig源码也位于net-tools中。
• 源码位于net-tools工具包中，这是linux网络的基本工具包，此外还有arp,hostname,route等命令。

PS

此文章不考虑ifconfig的具体功能介绍，而是侧重与驱动和内核的交互，下面简单描述下该工具的使用实例，并且代码并不包含对于ifconfig的标准实现，仅是注重实现过程。

实例

$ ifconfig
eth0      Link encap:Ethernet  HWaddr 00:0c:29:e7:65:70
          inet addr:192.168.101.128  Bcast:192.168.101.255  Mask:255.255.255.0
          inet6 addr: fe80::20c:29ff:fee7:6570/64 Scope:Link
          UP BROADCAST RUNNING MULTICAST  MTU:1500  Metric:1
          RX packets:17080658 errors:73 dropped:2 overruns:0 frame:0
          TX packets:17346739 errors:0 dropped:0 overruns:0 carrier:0
          collisions:0 txqueuelen:1000
          RX bytes:4038046913 (4.0 GB)  TX bytes:2731849230 (2.7 GB)
          Interrupt:19 Base address:0x2000

lo        Link encap:Local Loopback
          inet addr:127.0.0.1  Mask:255.0.0.0
          inet6 addr: ::1/128 Scope:Host
          UP LOOPBACK RUNNING  MTU:65536  Metric:1
          RX packets:58049 errors:0 dropped:0 overruns:0 frame:0
          TX packets:58049 errors:0 dropped:0 overruns:0 carrier:0
          collisions:0 txqueuelen:0
          RX bytes:5540611 (5.5 MB)  TX bytes:5540611 (5.5 MB)

启动关闭指定网卡

# ifconfig eth0 down
# ifconfig eth0 up

用ifconfig修改MAC地址

# ifconfig eth0 down //关闭网卡
# ifconfig eth0 hw ether 00:AA:BB:CC:DD:EE //修改MAC地址
# ifconfig eth0 up //启动网卡

配置IP地址

# ifconfig eth0 192.168.1.56 
//给eth0网卡配置IP地址
# ifconfig eth0 192.168.1.56 netmask 255.255.255.0 
// 给eth0网卡配置IP地址,并加上子掩码
# ifconfig eth0 192.168.1.56 netmask 255.255.255.0 broadcast 192.168.1.255
// 给eth0网卡配置IP地址,加上子掩码,加上个广播地址

启用和关闭ARP协议

# ifconfig eth0 arp  //开启
# ifconfig eth0 -arp  //关闭

/proc/net/dev

$ cat /proc/net/dev
Inter-|   Receive                                                |  Transmit
 face |bytes    packets errs drop fifo frame compressed multicast|bytes    packets errs drop fifo colls carrier compressed
    lo: 5558739   58239    0    0    0     0          0         0  5558739   58239    0    0    0     0       0          0
  eth0: 4038107838 17081103   73    2    0     0          0         0 2731895950 17347146    0    0    0     0       0          0

• 这里列出了所有网络设备的其属性状态和收发包情况。ifconfig会open这个设备查找匹配信息。

那知道了如何使用该工具，那么具体是怎么实现的呢？？？
就到了下面的源码分析

代码分析

先来个简单的查看信息，如下是获取ip的流程

1. 先通过ioctl获得本地所有接口的信息，并保存在ifconf中
2. 再从ifconf中取出每一个ifreq中表示ip地址的信息

分析一：（获取ip地址）
接下来我们只需要从一个一个的接口信息获取ip地址信息即可。

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 

 
int main()
{
    int i=0;
    int sockfd;
    struct ifconf ifconf;
    unsigned char buf[512];
    struct ifreq *ifreq;
    //初始化ifconf
    ifconf.ifc_len = 512;
    ifconf.ifc_buf = buf;
    if ((sockfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0))<0)
    {
        exit(1);
    }
    ioctl(sockfd, SIOCGIFCONF, &ifconf); //获取所有接口信息
    //接下来一个一个的获取IP地址
    ifreq = (struct ifreq*)buf;
    for (i=(ifconf.ifc_len/sizeof (struct ifreq)); i>0; i--)
    {
        // if(ifreq->ifr_flags == AF_INET){ //for ipv4
        printf("name = [%s]\n" , ifreq->ifr_name);
        printf("local addr = [%s]\n" ,inet_ntoa(((struct sockaddr_in*)&(ifreq->ifr_addr))->sin_addr));
        ifreq++;
// }
    }
return 0;

执行结果

ifconfig_achieve$ ./ifconfig_wlan_ip.o
name = [lo]
local addr = [127.0.0.1]
name = [ens33]
local addr = [192.168.101.137]

解析：

• ifc_len:表示用来存放所有接口信息的缓冲区长度
• ifc_buf:表示存放接口信息的缓冲区
• 用ioctl获得本地ip地址时要用到两个结构体ifconf和ifreq，我们需要在程序开始时对ifconf的ifc_len和ifc_buf进行初始化
• 使用ioctl获取所有接口信息，完成后ifc_len内存放实际获得的接口信息总长度
  并且信息被存放在ifc_buf中。
• struct ifconf：通常是用来保存所有接口信息的
• struct ifreq：这个结构定义在include/net/if.h，用来配置ip地址，激活接口，配置MTU等接口信息的
• 想要获取当前网口网线插入状态，需要用到ifreq结构体，获取网卡的信息，然后socket结合网卡驱动的ioctl，就可以得到与网线插入状态相关的数据。

简单部分罗列下上面的结构体：

//ifconf通常是用来保存所有接口信息的
struct ifconf
{
    int ifc_len; /* size of buffer */
    union
    {
        char *ifcu_buf; /* input from user->kernel*/
        struct ifreq *ifcu_req; /* return from kernel->user*/
    } ifc_ifcu;
};
#define ifc_buf ifc_ifcu.ifcu_buf /* buffer address */
#define ifc_req ifc_ifcu.ifcu_req /* array of structures */
 
//ifreq用来保存某个接口的信息
struct ifreq 
{
    char ifr_name[IFNAMSIZ];
    union {
        struct sockaddr ifru_addr;
        struct sockaddr ifru_dstaddr;
        struct sockaddr ifru_broadaddr;
        short ifru_flags;
        int ifru_metric;
        caddr_t ifru_data;
    } ifr_ifru;
};
#define ifr_addr ifr_ifru.ifru_addr
#define ifr_dstaddr ifr_ifru.ifru_dstaddr
#define ifr_broadaddr ifr_ifru.ifru_broadaddr

分析二（获取基础信息，并更改设置ip）

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 

#define INTERFACE "ens33"


void port_status(unsigned int flags)  
    { 
        if(flags & IFF_UP)    
        {  
            printf("is up\n");        
        }  
        if(flags & IFF_BROADCAST)     
        {  
            printf("is broadcast\n");     
        }  
        if(flags & IFF_LOOPBACK)      
        {  
            printf("is loop back\n");     
        }  
        if(flags & IFF_POINTOPOINT)   
        {  
            printf("is point to point\n");    
        }  
        if(flags & IFF_RUNNING)   
        {  
            printf("is running\n");   
        }  
        if(flags & IFF_PROMISC)   
        {  
            printf("is promisc\n");   
        }  
    }  

int main()
{
        int fd;
        struct ifreq buf[5];    //这个结构定义在/usr/include/net/if.h，用来配置和获取ip地址，掩码，MTU等接口信息的。 ifreq用来保存某个接口的信息 
        struct ifconf ifc;  //ifconf通常是用来保存所有接口信息的
        int ret = 0,i=0,j=0;      
        ifc.ifc_len = sizeof(buf);  
        ifc.ifc_buf = (caddr_t) buf;  
        uint32_t ip = 0x8165a8c0;//192.168.101.129
        struct sockaddr_in sin;
        if ((fd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0))<0)
        {
        perror("socket" );
        exit(1);
        }
        else
        printf("----------fd:%d-----------\n",fd);
         
        ret = ioctl(fd, SIOCGIFCONF, (char*)&ifc);  
        if(ret)  
        {  
            printf("get if config info failed");  
            return -1;  
        }  
    for (i=(ifc.ifc_len/sizeof (struct ifreq)); i>0; i--)
    {
        printf("--------------name = [%s]------------\n" , buf[j].ifr_name);
        if(strcmp(buf[j].ifr_name,"ens33")==0)
        {
        printf("--------------ens33网卡---------------\n");
        strncpy(buf[j].ifr_name, INTERFACE, 5);
        memset(&sin, 0, sizeof(struct sockaddr));
        sin.sin_family = AF_INET;
        sin.sin_addr.s_addr = ip;
        memcpy(&buf[j].ifr_addr, &sin, sizeof(struct sockaddr));
        ret = ioctl(fd, SIOCSIFADDR, (char*)&buf[j]);
        if(ret)  
        continue;      
        }
        ret = ioctl(fd, SIOCGIFADDR, (char*)&buf[j]);  
            if(ret)  
                continue;
        printf("----------local addr = [%s]----------\n" ,inet_ntoa(((struct sockaddr_in*)&(buf[j].ifr_addr))->sin_addr));

        ret = ioctl(fd, SIOCGIFFLAGS, (char*)&buf[j]);  
            if(ret)  
                continue;  
        port_status(buf[j].ifr_flags);
        printf("--------------ifr_flags = [%d]------------\n" , buf[j].ifr_flags);

        ret = ioctl(fd, SIOCGIFMTU, (char*)&buf[j]);  
        if(ret)  
           continue;
        printf("-------mtu:%d----------\n",(unsigned int)(buf[j].ifr_ifru.ifru_mtu));
         /* 获取当前网卡的mac 命令cat /sys/class/net/eth0/address*/  
            ret = ioctl(fd, SIOCGIFHWADDR, (char*)&buf[j]);  
            if(ret)  
                continue;
        printf("%02x:%02x:%02x:%02x:%02x:%02x\n\n",  
                (unsigned char)buf[j].ifr_hwaddr.sa_data[0],  
                (unsigned char)buf[j].ifr_hwaddr.sa_data[1],  
                (unsigned char)buf[j].ifr_hwaddr.sa_data[2],  
                (unsigned char)buf[j].ifr_hwaddr.sa_data[3],  
                (unsigned char)buf[j].ifr_hwaddr.sa_data[4],  
                (unsigned char)buf[j].ifr_hwaddr.sa_data[5]  
                );
        j++;
        

    }
    close(fd);
return 0;
}

运行结果：

./ifconfig_wlan.o
----------fd:3-----------
--------------name = [lo]------------
----------local addr = [127.0.0.1]----------
is up
is loop back
is running
--------------ifr_flags = [73]------------
-------mtu:65536----------
00:00:00:00:00:00

--------------name = [ens33]------------
--------------ens33网卡---------------
----------local addr = [192.168.101.129]----------
is up
is broadcast
is running
--------------ifr_flags = [4163]------------
-------mtu:1500----------
00:0c:29:24:11:8b

注意：
通过

gcc  ifconfig_wlan.c  -o ifconfig_wlan.o

命令编译出来的可执行文件本身是无法直接执行的，debug如下：

strace ./ifconfig_wlan.o

失败 log：

是由于编译的可执行文件权限不足导致ioctl设置失败，如下是解决流程：

 1. gcc ifconfig_wlan_information.c -o ifconfig_wlan_information.o
 2. sudo cp ifconfig_wlan_information.o ifconfig_wlan.o
 3. sudo chmod u+s ifconfig_wlan.o
 4. strace ./ifconfig_wlan.o

如下为再次执行后的结果：

结语

如上主要讲的是设置和获取，希望能够抛砖引玉，让大家学到更多