探究Linux中VLAN实现原理：源码剖析 (linux vlan源码)
随着计算机网络的不断发展，虚拟局域网(Virtual LAN，VLAN)技术成为了网络管理中一个非常重要的概念，它可以通过虚拟化网络拓扑，将不同的设备进行分类管理和隔离。在Linux操作系统中，可以通过一系列的工具和命令来配置和管理VLAN。但是，对于一些需要进一步学习和深入了解VLAN实现原理的人群来说，我们需要深入探究Linux中VLAN的实现原理。本文将根据源码的角度，详细介绍Linux中VLAN的实现原理。
一、VLAN的基本概念
在学习Linux中VLAN的实现原理之前，我们需要首先了解VLAN的基本概念。所谓VLAN，就是通过虚拟化技术，将不同的设备进行分类管理和隔离。其实现原理是在网络站点上增加虚拟局域网标记，从而实现将不同接口的网络设备进行逻辑分组的效果。在Linux中，我们可以利用802.1Q标准，将数据包的VLAN标识进行处理，从而实现将数据包按照VLAN进行虚拟化处理的效果。
二、VLAN的实现方式
在Linux操作系统中，VLAN的实现方式可以使用以下两种：
1. 通过内核实现VLAN
使用内核实现VLAN，可以修改内核的网络子系统，通过Netlink Socket接口进行交互，并且遵守Linux网络子系统的规则和规范。这种方式需要在内核中添加VLAN driver。在真实的网络中，这种方式的实现比较灵活，但是需要比较高的历程，并且需要重新编译内核。这种内核态的实现方式对网络性能影响较小，所以广泛应用在服务器上。
2. 通过用户空间实现VLAN
使用用户空间实现VLAN，可以借助丰富的Linux网络工具，通过用户态的VLAN driver实现，并且不需要编译内核。这种方式需要使用带有VLAN支持的网络硬件和驱动程序，并且需要为每个VLAN子接口创建独立的虚拟网络接口。
三、VLAN的实现方法
在Linux中，我们可以使用VLAN tag对网络数据包进行标记，并且可以通过用户态或者内核态的方式进行解析和处理。下面介绍一下实现方法：
1. 内核态实现VLAN
在Linux中，内核态的VLAN tag处理实现方式如下：
(1) VLAN header
VLAN header包含了一个16 bit的VLAN tag，用于VLAN tag的加入和删除，如下：
“`
struct vlan_hdr {
__be16 h_vlan_TCI; /* 16 bit VLAN Tag Control Identifier */
__be16 h_vlan_encapsulated_proto;
};
“`
其中，h_vlan_TCI表示16 bit VLAN Tag Control Identifier，h_vlan_encapsulated_proto表示以太网帧内的上层协议类型。
(2) VLAN的标识和过滤
在Linux中，每一个VLAN都有一个唯一的标识符(VLAN ID)，是16bit的值。这个值通常可以使用1到4094之间的值来表示。内核为VLAN标识符分配VLAN设备，并且支持通过网络设备的名称来进行识别。对于每个VLAN子接口，内核都有一个唯一的VLAN header，用于标识该数据包属于哪一个VLAN，从而实现VLAN的过滤。
(3) VLAN driver
在Linux内核中，VLAN driver持有VLAN信息，为系统提供VLAN接口的驱动服务。在实现VLAN的时候就必须在内核中注册VLAN driver，将VLAN设备信息传递给内核之后，内核就可以通过VLAN driver完成VLAN相关的操作。
2. 用户态实现VLAN
在Linux中，借助用户态的VLAN driver可以完成网络数据流的处理，实现方法如下：
(1) /proc文件系统
在Linux中，内核态和用户态之间的交互可以通过/proc和/sys两种文件系统进行。其中，/proc文件系统是一种虚拟文件系统，可以使用标准的文件访问函数操作，包含了许多内核的信息，例如VLAN的信息，通过读写/proc/net/vlan/目录下的文件，可以完成VLAN信息的配置和管理。
(2) ip命令
在Linux中，可以使用ip命令完成VLAN的配置和管理，包括创建/删除/修改VLAN设备、设置VLAN ID等，例如：
“`
ip link add link eth0 name eth0.10 type vlan id 10
“`
此命令创建了一个VLAN ID为10的VLAN子接口eth0.10，并且将这个接口挂载在eth0上。
四、
Linux中的VLAN实现方式有内核态和用户态两种方式，可以通过内核中的VLAN driver或用户态的VLAN driver实现。内核的VLAN实现方式比较灵活，可以修改内核的网络子系统，使用Netlink Socket接口进行交互，并且能够高效处理网络数据包。而用户态的VLAN实现方式使用标准的文件访问函数操作，可以通过读写/proc文件系统或者使用ip命令完成VLAN信息的配置和管理。这两种方式都各有优缺点，可以根据实际需求选择。掌握Linux中VLAN实现的原理，有助于加深对网络虚拟化技术的理解和应用。
