嵌入式WIFI与普通WIFI的区别 - Christwangpf

时间:2024-03-05 16:32:27

1、嵌入式WIFI的来源

        我们都知道笔记本、手机、平板电脑等这类产品具有强大的CPU和大容量的存储器进行网络通信数据的处理和存储,因此在使用WIFI时不需要额外的MCU,完全借助其高速处理器和庞大的软件系统。但是对于家电,仪表,LED灯等智能家居产品,因为该类产品的主控芯片可能是成本很低、功能简单的MCU,因此这类产品无法支持普通Wi-Fi的功能。同时,还有一个重要的原因就是普通WIFI的功耗比较高,而嵌入式WIFI在功耗上做了很大的改善,比较适合对功耗要求高的无线家电设备。

        基于上述原因,各个无线厂商相继推出了嵌入式WIFI模块。嵌入式WIFI模块的特点是软硬件集成度高,整个嵌入式WIFI模块集成了射频收发器、MAC、WIFI驱动、所有WIFI协议、无线安全协议、一键连接等。总之,一句话:嵌入式WIFI应物联网而生!

        下面我们针对嵌入式WIFI与普通WIFI来进行对比,通过下表的对比,我们大致上可以理解到什么是嵌入式WIFI。

        2、嵌入式WIFI与普通WIFI的对比

 

嵌入式WIFI模块

普通WIFI模块

适用范围

无线家电、仪表、智能灯泡等智能家居设备

笔记本、手机、平板电脑等

主控芯片

模块上集成的MCU

x86 CPU、ARM等高速微处理器

接口

UART、SPI、I2C、SDIO

USB、SDIO

功耗

产品

TI的CC3200系列、MXCHIP系列、ASIX系列、Atheros的HF-LPA系列等

瑞昱RTL81xx系列、威盛VT系列、雷凌RT系列、博通BCM、Marvell、高通Atheros等

开发设计

内置WIFI驱动、MAC、WIFI协议、无线安全协议等,所有的网络软件封装成一个UART或SPI接口的设备,使用简单,只需要往UART或者SPI收发数据即可。从整体软件层面上看,不属于网络设备。

需要在主机添加WIFI驱动、同时需要依赖主机的网络协议栈等软件平台资源,从整体软件层面上看,属于网络设备,使用时需要遵循网络相关的协议。

 

 

目前,IEEE802.11无线局域网标准在语音通信、无线办公等领域广泛应用,但主要还是局限在PC机、笔记本电脑等通用平台的无线通信。无线局域网在信息家电、工业控制、移动手持设备等嵌入式环境中的应用需求日益增多。如何在嵌入式系统中整合WLAN宽带通信,成为嵌入式系统应用中的一个热点。

1 IEEE802.11b无线局域网
IEEE802.11系列包括IEEE802.11、IEEE802.11a、IEEE802.1lb、IEEE802.1lg四个标准。现阶段IEEE802.11b的产品比较多。本文主要针对IEEE802.1lb标准,介绍嵌入式WiFi的实现。
IEEE802.11b标准是在IEEE802.11的基础上发展起来的,工作在2.4 GHz频段,采用CCK调制技术,最高传输率能够达到11 Mbps,具有部署方便、通信可靠、抗干扰能力强、成本低、灵活性好、移动性强、高吞吐量等特点。它使得无线用户可以得到以太网级的网络性能、速率和可用性,并且可以无缝地将多种LAN技术集成起来,形成一种能够最大限度地满足用户需求的网络。WiFi是Wireless Fidelity的缩写,专指IEEE802.11b无线标准。在介绍IEEE802.11b的工作模式之前,首先介绍几个基本的概念。
1.1 IEEE802.11b基本概念
STA是指接入无线媒介的部分,常被称为网络适配器或者网络接口卡。STA可以是移动的,也可以是固定的。每个STA都支持鉴权(authentication),取消鉴权(deauthentication),加密和数据传输等。
基本服务集BSS(Basic Service Set)是IEEES02.11b
局域网的基本构成单元,基本服务集中可以包含多个STA。BSS基本服务集都有一个覆盖范围。在该覆盖范围内基本服务集的成员STA可以保持相互通信,每个BSS有一个基本服务集识别码BSSID。
独立的基本服务集IBSS(Independent BSS)是最基本的IEEE802.11b局域网类型,一个最小的IEEE802.11b局域网可以仅仅包含两个STA。在这种模式下,STA能够直接通信。因为这种类型的IEEES02.11b局域网通常在需要的时候才安排,所以这种网络工作模式通常被称为ad hoc(拉丁语,可译为“自组网”)模式。站点(STA)与基本服务集(BSS)之间的相互关系是动态的,STA可以*地开机、关机、进入或离开BSS覆盖范围。
DSS(Distribution System Service),用于连接多个BSS。由于物理层覆盖范围的限制决定了所能支持的STA与STA之间的直接通信距离。为了解决这个问题,引入DS(Distribution System),它可以把多个BSS构成一个扩展的网络。
AP是Access Point简称,一般翻译为“无线访问节点”或“桥接器”。主要在媒介访问控制层MAC中扮演无线工作站及有线局域网络的桥梁。
ESS(Extended Service Set),DS和多个BSS允许IEEE802.11构成一个任意大小和复杂的无线网络。IEEE802.11b把这种网络称为扩展服务集网络。同样,ESS也有一个标识的名称,即ESSID。
1.2 IEEE802.11b的工作模式
IEEE 802.1lb有两种工作模式:Ad-hoe和Infra—structure模式。IEEE标准以独立的基本服务集(IBSS)来定义Ad-hoc模式工作的客户端集合,以基本服务集(BSS)定义以Infrastructure模式工作的客户端集合。
在Ad-hoc模式中,客户端不能直接和网络外其他的客户端通信。Ad-hoc模式的设计目的是使在同一个频谱覆盖范围内的客户间能够互相通信。如果一个Ad—hoc网络模式中的客户想要和该网络外的客户通信,则该网络中必须有一个客户做网关并执行路由功能。
而在Infrastructure模式中,每一个客户将其通信报文发向AP.AP转发所有的通信报文。这些报文可以是发往以太网的,也可以是发往无线网络的。这是一种整合以太网和无线网络架构的应用模式。无线访问节点负责频段管理及漫游等指挥工作。一个AP最多可连接1024个站点。

2 嵌入式WiFi的设计
嵌入式WiFi的结构与标准PC/OS平台上的实现有所不同。要在普通的微处理器/微控制器上实现WiFi通信,其硬件结构、软件层次都必须进行裁减。下面以Prism MAC为例说明嵌入式WiFi的软、硬件设计。
2.1 嵌入式WiFi的硬件设计
嵌入式环境中WiFi的硬件接口如图1所示。与标准平台相比,中间没有PCMCIA桥。图1是嵌入式环境中的PC2MCIA接口的网卡与总线开放MCU的连接。

由于Prism MAC包括Memory space和I/O memory两个空间,所以需要两个片选通过或门控制读写空间的选择。PCMCIA封装的Prism MAC有26根地址线,驱动Prism MAC仅仅需要地址线A0~A9,其他地址线全部接地。对于总线不开放的处理器,可以使用I/O口线模拟的方式进行读写。
2.2嵌入式WiFi的软件设计
在WinCE、Linux等操作系统环境下,可以使用厂家提供的设备驱动来使用WiFi网卡。这种系统一般对硬件资源(如CPU性能、存储器容量等)有较高的要求。对于许多嵌入式应用,由于硬件资源的限制,很多系统都在简单OS(如uC/0S等)或无0S的环境下运行,这时就需要对整个软件协议作适当的裁减。图2是嵌入式WiFi的软件结构。

图2中,TCP/IP协议的实现在许多文章中已经有较多的讲述。这里主要以Prism MAC为例,介绍无限网络驱动,即嵌入式WiFi的驱动。
Prism MAC提供给用户一组接口寄存器,通过这些寄存器和Prism MAC进行通信。这些寄存器位于Attribute Memory[2]空间中,可以使用AttribLlte Memory地址直接访问。表1列出了PRISM MAC的常用寄存器及其定义。

为了读写这些寄存器,定义了两个函数:unsigned int getReg(unsigned int reg)和void selReg(unsigned int reg,
usnigned int val)。Prism MAC驱动就是向命令寄存器发命令来操作MAC。常用的命令有分配buffer、查询网卡状态、初始化网卡、读数据、写数据等。
Prism MAC驱动程序需要为上层提供MAC的读写函数和一些控制函数,实现的函数原型如下:
void init_mac(void)
void reset_mac(void)
WORD wc_write(WORD*buff,WORD len)
WORDwc_read(WORD*buff,WORDmaxlen)
B00L get_wlan(void)
reset_mac(void)用于在系统启动或者系统需要复位时,复位Prism MAC,同时对驱动使用的变量进行初始化。inh_mac(void)函数完成初始化网络控制器和固件,同时向网卡控制器申请使用的buffer,保存需要用到的RID。wc_write(W0RD*burf,W0RD len)函数把buff中的len个字节写入到MAC的发送缓冲区,然后写发送命令到网卡的命令寄存器发送数据,函数返回实际发送的数据长度。wc_read(WORD*buff,WoRD maxlen)函数接收输入数据。返回实际收到的数据长度,对上层协议来讲,调用wc_read以后,可以对buff中的数据做协议分析。对于TCP/IP来讲,实际上取出的可能是IP、ARP等类型的报文。get_wlan(void)通过访问EvStat寄存器判断是否有数据被接收,返回判断结果。若有,则把PrismMAC数据帧收入到共享数据区中。本函数只是把PrismMAC的数据帧首部读出,相当于是以太网帧的首部。读出的数据格式为

上层协议调用get_wlan以后,如果返回值是TRUE,就可以访问目的地址、源地址、帧类型等变量,以判断是否处理收到的数据。如果是需要接收的数据,可以调用wc—read读取数据。

3 嵌入式WiFi在医疗监护中的应用
嵌入式WiFi在许多领域有着广泛的应用。这里介绍一个嵌入式WiFi的具体实现——移动监护系统。该监护系统用于医院病人监护,采用嵌入式WiFi技术,可在移动环境下,对被测对象进行数字分组、实时监测。
3.1 硬件结构
移动监护系统由服务器和多个移动监护器组成。服务器端包括1台PC或者笔记本电脑、1个无线AP和1个报警器,硬件结构和连接方式都比较简单,在此不再说明。
移动监护器的硬件结构框图如图3所示。

图3中,移动监护器的硬件结构包括电源模块、压力传感器模块、加速度传感器模块和无线网卡模块。
移动监护器使用Ti的超低功耗微控制器MSP430F148作为CPU。加速度传感器模块使用AD公司的加速度传感器ADXL202,用于运动加速度测试,或重力加速度的测量,分析倾斜度,即用于病人跌倒测试。压力传感器使用Motorola医疗专用的MPX2300DT,具有良好的低电压工作特性和线性输出,用于脉搏测量。
电源使用3.6 V电池供电,经过简单电压变换即可满足移动监护器电源要求。无线网卡采用基于IntersilPrism2芯片集的PCMCIA网卡。它是一款IEEE802.11b兼容网络适配器。
3.2 软件结构
ad-hoc模式下,移动监护器和服务器间的距离很短。为了增大监护范围,移动监护系统工作在Infrastructure模式,服务器端的AP和移动监护器都相当于一个STA,移动监护器与服务器可以在不同的BSS中。移动监护器、AP所在的BSS共同构成一个ESS,使用DSS通信。
服务器端软件模块主要用于从网络接收到的数据中分离出斜度、移动监护器配置信息、脉搏信息,并根据信息报警,对移动监护器进行控制。
移动监护器的软件模块如图4所示。移动监护器主要完成加速度(斜度)数据的采集、脉搏信号的采集、数据的收发、传感器的启停控制。其软件可划分为两个层次:应用层和驱动层。阴影部分为硬件驱动层,驱动层以上为应用层。

移动监护系统由于采用嵌入式WiFi技术,支持数字分组,可以根据需要对被测对象分组检测,同时进行实时数据传输;保证了监护的可靠性与准确性,在实际使用中有很好的效果。

 

 

 

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linux 路由表维护

使用下面的 route 命令可以查看 Linux 内核路由表。

# route
Destination     Gateway         Genmask         Flags Metric Ref    Use Iface
192.168.0.0 * 255.255.255.0 U 0 0 0 eth0
169.254.0.0 * 255.255.0.0 U 0 0 0 eth0
default 192.168.0.1 0.0.0.0 UG 0 0 0 eth0

route 命令的输出项说明

输出项说明
Destination 目标网段或者主机
Gateway 网关地址,”*” 表示目标是本主机所属的网络,不需要路由
Genmask 网络掩码
Flags 标记。一些可能的标记如下:
  U — 路由是活动的
  H — 目标是一个主机
  G — 路由指向网关
  R — 恢复动态路由产生的表项
  D — 由路由的后台程序动态地安装
  M — 由路由的后台程序修改
  ! — 拒绝路由
Metric 路由距离,到达指定网络所需的中转数(linux 内核中没有使用)
Ref 路由项引用次数(linux 内核中没有使用)
Use 此路由项被路由软件查找的次数
Iface 该路由表项对应的输出接口

3 种路由类型

主机路由

主机路由是路由选择表中指向单个IP地址或主机名的路由记录。主机路由的Flags字段为H。例如,在下面的示例中,本地主机通过IP地址192.168.1.1的路由器到达IP地址为10.0.0.10的主机。

Destination    Gateway       Genmask        Flags     Metric    Ref    Use    Iface
----------- ------- ------- ----- ------ --- --- -----
10.0.0.10 192.168.1.1 255.255.255.255 UH 0 0 0 eth0

网络路由

网络路由是代表主机可以到达的网络。网络路由的Flags字段为N。例如,在下面的示例中,本地主机将发送到网络192.19.12的数据包转发到IP地址为192.168.1.1的路由器。

Destination    Gateway       Genmask      Flags    Metric    Ref     Use    Iface
----------- ------- ------- ----- ----- --- --- -----
192.19.12 192.168.1.1 255.255.255.0 UN 0 0 0 eth0

默认路由

当主机不能在路由表中查找到目标主机的IP地址或网络路由时,数据包就被发送到默认路由(默认网关)上。默认路由的Flags字段为G。例如,在下面的示例中,默认路由是IP地址为192.168.1.1的路由器。

Destination    Gateway       Genmask    Flags     Metric    Ref    Use    Iface
----------- ------- ------- ----- ------ --- --- -----
default 192.168.1.1 0.0.0.0 UG 0 0 0 eth0

配置静态路由

route 命令

设置和查看路由表都可以用 route 命令,设置内核路由表的命令格式是:

# route  [add|del] [-net|-host] target [netmask Nm] [gw Gw] [[dev] If]

其中:

  • add : 添加一条路由规则
  • del : 删除一条路由规则
  • -net : 目的地址是一个网络
  • -host : 目的地址是一个主机
  • target : 目的网络或主机
  • netmask : 目的地址的网络掩码
  • gw : 路由数据包通过的网关
  • dev : 为路由指定的网络接口

route 命令使用举例

添加到主机的路由

# route add -host 192.168.1.2 dev eth0:0
# route add -host 10.20.30.148 gw 10.20.30.40

添加到网络的路由

# route add -net 10.20.30.40 netmask 255.255.255.248 eth0
# route add -net 10.20.30.48 netmask 255.255.255.248 gw 10.20.30.41
# route add -net 192.168.1.0/24 eth1

添加默认路由

# route add default gw 192.168.1.1

删除路由

# route del -host 192.168.1.2 dev eth0:0
# route del -host 10.20.30.148 gw 10.20.30.40
# route del -net 10.20.30.40 netmask 255.255.255.248 eth0
# route del -net 10.20.30.48 netmask 255.255.255.248 gw 10.20.30.41
# route del -net 192.168.1.0/24 eth1
# route del default gw 192.168.1.1

设置包转发

在 CentOS 中默认的内核配置已经包含了路由功能,但默认并没有在系统启动时启用此功能。开启 Linux的路由功能可以通过调整内核的网络参数来实现。要配置和调整内核参数可以使用 sysctl 命令。例如:要开启 Linux内核的数据包转发功能可以使用如下的命令。

# sysctl -w net.ipv4.ip_forward=1

这样设置之后,当前系统就能实现包转发,但下次启动计算机时将失效。为了使在下次启动计算机时仍然有效,需要将下面的行写入配置文件/etc/sysctl.conf。

# vi /etc/sysctl.conf
net.ipv4.ip_forward = 1

用户还可以使用如下的命令查看当前系统是否支持包转发。

# sysctl  net.ipv4.ip_forward

 

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Linux路由表的结构与算法分析
黄一文
 
路由是网络栈的核心部分。路由表本身的设计很大情度上影响着路由的性能,并且好的设计能减少系统资源的消耗,这两方面尤其体现在路由表的查找上。目前的内核路由存在两种查找算法,一种为HASH算法,另一种为LC-trie算法,前者是目前内核使用的缺省算法,而后者更适用在超大路由表的情况,它在这种情况提高查找效率的同时,大大地增加了算法本身的复杂性和内存的消耗。综上,这两种算法各有其适用的场合,本文分析了基于2.6.18内核路由部分的代码在HASH算法上路由表结构的实现,并且在文章最后给出了一个简单的策略路由的应用。
 
一、路由表的结构
       为了支持策略路由,Linux使用了多个路由表而不是一个,即使不使用策略路由,Linux也使用了两个路由表,一个用于上传给本地上层协议,另一个则用于转发。Linux使用多个路由表而不是一个,使不同策略的路由存放在不同的表中,有效地被免了查找庞大的路由表,在一定情度上提高了查找了效率。
 
       路由表本身不是由一个结构表示,而是由多个结构组合而成。路由表可以说是一个分层的结构组合。在第一层,它先将所有的路由根据子网掩码(netmask)的长度(0~32)分成33个部分(structfn_zone),然后在同一子网掩码(同一层)中,再根据子网的不同(如10.1.1.0/24和10.1.2.0/24),划分为第二层(struct fib_node),在同一子网中,有可能由于TOS等属性的不同而使用不同的路由,这就是第三层(structfib_alias),第三层结构表示一个路由表项,而每个路由表项又包括一个相应的参数,如协议,下一跳路由地址等等,这就是第四层(structfib_info)。分层的好处是显而易见的,它使路由表的更加优化,逻辑上也更加清淅,并且使数据可以共享(如structfib_info),从而减少了数据的冗余。
 

 

struct fib_table *fib_tables[RT_TABLE_MAX+1]; // RT_TABLE_MAX 为255

       图1为一个路由表的总体结构。自上而下由左向右看,它首先为一个fib_table结构指针的数组,它被定义为:

 

 

struct fib_table {
       unsigned char tb_id;
       unsigned tb_stamp;
       int           (*tb_lookup)(struct fib_table *tb, const struct flowi *flp, struct fib_result *res);
       int           (*tb_insert)(struct fib_table *table, struct rtmsg *r,
                     ……
       void        (*tb_select_default)(struct fib_table *table,
                                        const struct flowi *flp, struct fib_result *res);
 
       unsigned char tb_data[0];
};

       每个fib_table结构在内核中表示一个路由表:

       +
图1(引自[1])
这个结构中包括这个表的ID,以及主要的一些用于操作路由表的函数指针,这里我们只关心最后一个域――tb_data[0],这是一个零长的数组,它在内核中也较为常见,它表示

 

struct fn_hash {
struct fn_zone *fn_zones[33];
struct fn_zone *fn_zone_list;
};

指向这个结构的末尾。由图1可以看到,这个结构的末尾接着便是一个struct fn_hash结构,这个结构是随着fib_table结构一起分配的,所以fib_table->tb_data就是fn_hash。

 

struct fn_zone {
       struct fn_zone          *fz_next; /* Next not empty zone */
       struct hlist_head     *fz_hash;       /* Hash table pointer      */
       int                                fz_nent;   /* Number of entries      */
 
       int                                fz_divisor;      /* Hash divisor              */
       u32                             fz_hashmask; /* (fz_divisor - 1)   */
#define FZ_HASHMASK(fz)         ((fz)->fz_hashmask)
 
       int                                fz_order; /* Zone order         */
       u32                             fz_mask;
#define FZ_MASK(fz)          ((fz)->fz_mask)
  
};

       这个fn_zone域就是我们上面提前的结构,用于将路由根据子网掩码的长度分开成33个部分,其中fn_zones[0]用于默认网关。而fn_zone_list域就是将正在使用的fn_zone链成一个链表。接着再深入到struct fn_zone结构中:

 
这个结构中有两个域比较重要,一个为fz_hash域,它指向一个HASH表的表头,这个HASH的长度是fz_divisor。并且这个HASH表的长度是可变的,当表长达到一个限定值时,将重建这个HASH表,被免出现HASH冲突表过长造成查找效率降低。
 
为了提高查找的效率,内核使用了大量的HASH表,而路由表就是一个例子。在图1中可以看到,等长子网掩码的路由存放在同一个fn_zone中,而根据到不同子网(fib_node)的路由键值(fn_key),将它HASH到相应的链表中。

 

struct fib_node {
       struct hlist_node     fn_hash;
       struct list_head       fn_alias;
       u32                fn_key;
};
 
这个键值其实就是这个子网值了(如10.1.1.0/24,则子网值为10.1.1),得到这个键值通过n =fn_hash()函数HASH之后就是这个子网对应的HASH值,然后就可以插入到相应的fz_hash[n]链表中了。冲突的fib_node由fn_hash域相链,而fn_alias则是指向到达这个子网的路由了。

 

struct fib_alias {
       struct list_head       fa_list;
       struct rcu_head      rcu;
       struct fib_info        *fa_info;
       u8                  fa_tos;
       u8                  fa_type;
       u8                  fa_scope;
       u8                  fa_state;
};
当到达这个子网的路由由于TOS等属性的不同可存在着多个路由时,它们就通过fib_alias中fa_list域将这些路由表项链成一个链表。这个结构中的另一个域fa_info指向一个fib_info结构,这个才是存放真正重要路由信息的结构。

 

struct fib_info {
       struct hlist_node     fib_hash;
       struct hlist_node     fib_lhash;
       ……
       int                  fib_dead;
       unsigned         fib_flags;
       int                  fib_protocol;
       u32                fib_prefsrc;
       u32                fib_priority;
       ……
int                         fib_nhs;
       struct fib_nh          fib_nh[0];
#define fib_dev             fib_nh[0].nh_dev
};
 
这个结构里面是一个用于路由的标志和属性,其中最重要的一个域是fib_nh[0],在这里,我们再次看到了零长数组的应用,它是通过零长来实现变长结构的功能的。因为,我们需要一个定长的fib_info结构,但是在这个结构末尾,我们需要的fib_nh结构的个数是不确定的,它在运行时确定。这样,我们就可以通过这种结构组成,在运行时为fib_info分配空间的时候,同时在其末尾分配所需的若干个fib_nh结构数组,并且这个结构数组可以通过fib_info->fib_nh[n]来访问,在完成fib_info的分配后将fib_nhs域置为这个数组的长度。
 
另一方面,fib_info也是HASH表的一个应用,结构中存在着两个域,分别是fib_hash和fib_lhash,它们都用于HASH链表。这个结构在完成分配后,将被用fib_hash域链入fib_info_hash表中,如果这个路由存在首选源地址,这个fib_info将同时被用fib_lhash链入fib_info_laddrhash表中。这样,就可以根据不同目的实现快速查找了。
 
Structfib_nh也是一个重要的结构。它存放着下一跳路由的地址(nh_gw)。刚刚已经提到,一个路由(fib_alias)可能有多个fib_nh结构,它表示这个路由有多个下一跳地址,即它是多路径(multipath)的。下一跳地址的选择也有多种算法,这些算法都是基于nh_weight,nh_power域的。nh_hash域则是用于将nh_hash链入HASH表的。

 

struct fib_nh {
       struct net_device    *nh_dev;
       struct hlist_node     nh_hash;
       struct fib_info        *nh_parent;
       unsigned                nh_flags;
       unsigned char        nh_scope;
#ifdef CONFIG_IP_ROUTE_MULTIPATH
       int                  nh_weight;
       int                  nh_power;
#endif
#ifdef CONFIG_NET_CLS_ROUTE
       __u32                   nh_tclassid;
#endif
       int                  nh_oif;
       u32                nh_gw;
};
 
二、路由的查找
       路由的查找速度直接影响着路由及整个网络栈的性能。路由的查找当然首先发生在路由缓存中,当在缓存中查找失败时,它再转去路由表中查找,这是本文所关注的地方。
 
       上一节已经详细地描述了路由表的组成。当一个主要的IP层将要发送或接收到一个IP数据包时,它就要调用路由子系统完成路由的查找工作。路由表查找就是根据给定的参数,在某一个路由表中找到合适的下一跳路由的地址。
 
       上面已提到过,当一个主机不支持策略路由时,它只使用了两个路由表,一个是ip_fib_local_table,用于本地,另一个是ip_fib_main_table,用于接发。只有在查找ip_fib_local_table表时没有找到匹配的路由(不是发给本地的)它才会去查找ip_fib_main_table。当一个主机支持策略路由时,它就有可能存在着多个路由表,因而路由表的选择也就是查找的一部分。路由表的选择是由策略来确定的,而策略则是由应用(用户)来指定的,如能过iprule命令:

 

ip rule add from 10.1.1.0/24 table TR1
ip rule add iff eth0 table RT2
       如上,第一条命令创建了基于源地址路由的一条策略,这个策略使用了RT1这个路由表,第二条命令创建了基于数据包入口的一个策略,这个策略使用了RT2这个路由表。当被指定的路由表不存在时,相应的路由表将被创建。
 
       第二步就是遍历这个路由表的fn_zone,遍历是从最长前缀(子网掩码最长)的fn_zone开始的,直到找到或出错为止。因为最长前缀才是最匹配的。假设有如下一个路由表:

 

dst                 nexthop               dev
        10.1.0.0/16       10.1.1.1                     eth0
        10.1.0.0/24          10.1.0.1               eth1
 
它会先找到第二条路由,然后选择10.1.0.1作为下一跳地址。但是,如果由第二步定位到的子网(fib_node)有多个路由,如下:

 

dst                 nexthop               dev
        10.1.0.0/24       10.1.0.1                     eth1
        10.1.0.0/24          10.1.0.2               eth1
 
到达同一个子网有两个可选的路由,仅凭目的子网无法确定,这时,它就需要更多的信息来确定路由的选择了,这就是用于查找路由的键值(structflowi)还包括其它信息(如TOS)的原因。这样,它才能定位到对应一个路由的一个fib_alias实例。而它指向的fib_info就是路由所需的信息了。
最后一步,如果内核被编译成支持多路径(multipath)路由,则fib_info中有多个fin_nh,这样,它还要从这个fib_nh数组中选出最合适的一个fib_nh,作为下一跳路由。
 
 
三、路由的插入与删除
       路由表的插入与删除可以看看是路由查找的一个应用,插入与删除的过程本身也包含一个查找的过程,这两个操作都需要检查被插入或被删除的路由表项是否存在,插入一个已经存在的路由表项要做特殊的处理,而删除一个不存在的路由表项当然会出错。
       下面看一个路由表插入的例子:

 

ip route add 10.0.1.0/24 nexthop via 10.0.1.1  weight 1
                                nexthop via 10.0.1.2  weight 2
                                   table RT3
 
 
 
 
这个命令在内核中建立一条新的路由。它首先查找路由表RT3中的子网掩码长为24的fn_zone,如果找不到,则创建一个fn_zone。接着,继续查找子网为10.0.1的fib_node,同样,如果不存在,创建一个fib_node。然后它会在新建一个fib_info结构,这个结构包含2个fib_nh结构的数组(因为有两个nexthop),并根据用户空间传递过来的信息初始化这个结构,最后内核再创建一个fib_alias结构(如果先前已经存在,则出错),并用fib_nh来创始化相应的域,最后将自己链入fib_node的链中,这样就完成了路由的插入操作。
 
路由的删除操作是插入操作的逆过程,它包含一系列的查找与内存的释放操作,过程比较简单,这里就不再赘述了。
 
 
四、策略路由的一个简单应用
       Linux系统在策略路由开启的时候将使用多个路由表,它不同于其它某些系统,在所有情况下都只使用单个路由表。虽然使用单个路由表也可以实现策略路由,但是如本文之前所提到的,使用多个路由表可以得到更好的性能,特别在一个大型的路由系统中。下面只通过简单的情况说明Linux下策略路由的应用。
如图2,有如下一个应用需求,其中网关服务器上有三个网络接口。接口1的IP为172.16.100.1,子网掩码为255.255.255.0,网关gw1为a.b.c.d,172.16.100.0/24这个网段的主机可以通过这个网关上网;接口2的IP是172.16.10.1,子网掩码同接口一,网关gw2为e.f.g.h,172.16.10.0/24这个网段的主机可以通过这个网关上网;接口0的IP为192.168.1.1,这个网段的主机由于网络带宽的需求需要通过e.f.g.h这个更快的网关路由出去。
 
图 2
 
步骤一:设置各个网络接口的IP,和默认网关:

 

ip addr add 172.16.100.1/24 dev eth1
ip route add default via a.b.c.d dev eth1
       其它接口IP的设置和第一个接口一样,这时,如果没有其它设置,则所有的数据通过这个默认网关路由出去。
 
步骤二:使子网172.16.10.0/24可以通过gw2路由出去

 

       ip route add 172.16.10.0/24 via e.f.g.h dev eth2

      

 
 
步骤三:添加一个路由表 

 

       echo   “250 HS_RT” >> /etc/iproute2/rt_tables
 
 
步骤四:使用策略路由使192.168.1.0/24网段的主机可以通过e.f.g.h这个网关上网
 

 

       ip rule add from 192.168.1.0/24 dev eth0 table HS_RT pref 32765
       ip route add default via e.f.g.h dev eth2
       iptables –t nat –A POSTROUTING –s 192.168.1.0/24 –j MASQUERADE
      
步骤五:刷新路由cache,使新的路由表生效
 

 

ip route flush cache 
这样就可以实现了以上要求的策略路由了,并且可以通过traceroute工具来检测上面的设置是否能正常工作。
 
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linux双网卡怎么设置我就不说了,我这里说的是linux双网卡的流量问题...
可能这个问题很偏们..你们也许用不上..我还是要说..


问题描述,一个linux主机,上面两个网卡..:)

route -n的输出是这样的.


Destination Gateway Genmask Flags Metric Ref Use Iface

 

61.132.43.128 0.0.0.0 255.255.255.192 U 0 0 0 eth1

127.0.0.0 0.0.0.0 255.0.0.0 U 0 0 0 lo

0.0.0.0 61.132.43.134 0.0.0.0 UG 0 0 0 eth0

 


这里解释一下...第一行是说,你要访问61.132.43.128这个网段,掩码是255.255.255.192的话..从e
th1这个网卡出去..
第二行是关于本机的,访问自己从lo这个虚拟的本地网卡走..
第三行是说你要去任何地方的话..从网关61.132.43.134出去.并且网卡是eth0

 

到这里我们看到了..我们除了去61.132.43.128这个网络是从eth1走以外..去其他地方都是从eth0�
�...

这样是不是很浪费了双网卡??没错..是很浪费..因为不论你用那种监测工具查看流量..都是eth0有
..而其他网卡没有...天哪...为此我是煞费苦心..甚至怀疑网卡是不是坏了..因为在win2k上这种�
虑槭遣豢赡芊⑸�..:)

那我们怎么解决这个问题呢?有人也许会说给个不同网关让另一块网卡用其他网关不就可以..是这�
鍪强梢�..但是问题是我的ip都是在同一个网段..那来的不同网关.?网关就一个61.132.43.134...

还好linux系统给我们提供了一个很好的路由套件---iproute2

我们来熟悉一下..iproute2由几个常见的命令..
ip ro ls ip就是ip命令啦,ro就是route的所写,ls是list的缩写...
整个命令就是列出系统的路由表..这个可和route
-n的效果差不多..但是更为清楚系统的route是如何的..

我们来看看吧:


[root@localhost root]# ip ro ls

 

61.132.43.128/26 dev eth1 proto kernel scope link src 61.132.43.136

127.0.0.0/8 dev lo scope link

default via 61.132.43.134 dev eth0

 

 


是不是一样呢?由几个地方不同..第一条多了一个src,增加了对源数据包的选择,而且子网掩码也变
成/26的形式..(参考ip地址的书籍)
最后一个仍然是网关...


现在我们只要稍稍动手把从61.132.43.136出来的流量让他不要从eth0出去..然他走eth1
我们加一条自定义的路由表


ip ro add default via 61.132.43.134 table 200

 

 


这里只是加了一条默认路由到一个自定义的路由表200中,最大数值是255,但是你不要用255,因为那
是系统默认用了..你用200以下就可以.
具体的路由表在/etc/iproute2/rt_tables中

 

查看刚才建立的路由表可以用ip ro ls table 200


[root@localhost root]# ip ro ls table 200

 

default via 61.132.43.134 dev eth1

 

 

看到了吗?虽然我没有指定dev是什么.但是系统自动分配了一个eth1给这个路由表,因为eth0已经用
在主路由表中了..
这也说明了,的确不能在同一个路由表中由相同的网关..虽然可以设置,但是具体没什么作用.

然后我们要用一个规则把,匹配的数据包引导到刚刚建立的路由表中..:)


ip ru add from 61.132.43.136 table 200

 

 


这里ru是rule的缩写.from是一个匹配的动作.就是所源地址是61.132.43.136的包..请走自定义路�
杀�的设置..:)

 

查看一下


[root@localhost root]# ip ru ls

 

0: from all lookup local

32765: from 61.132.43.136 lookup 200

32766: from all lookup main

32767: from all lookup 253

 

 
ip ro flush cache


linux 下 双网卡 同网段,可以把IP_FORWARD 打开,这样一个网卡down掉数据会从另外一个网卡出去
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linux路由表
2010年08月18日 星期三 17:44

宏CONFIG_IP_MULTIPLE_TABLES表示路由策略,当定义了该宏,也即意味着内核配置了“路由策略”。产生的最大的不同就是内核可以使用多达256张FIB。其实,这256张FIB在内核中的表示是一个全局数组:
        struct fib_table *myfib_tables[RT_TABLE_MAX+1];
而宏RT_TABLE_MAX定义如下:
        enum rt_class_t
        {
            RT_TABLE_UNSPEC=0,
            RT_TABLE_DEFAULT=253,
            RT_TABLE_MAIN=254,
            RT_TABLE_LOCAL=255,
            __RT_TABLE_MAX
        };
        #define RT_TABLE_MAX (__RT_TABLE_MAX - 1)
    我们可以看到,虽然这张表多达256项,但枚举类型rt_class_t给出的表示最常用的也就三项,在系统初始化时,由内核配置生成的路由表只有RT_TABLE_MAIN,RT_TABLE_LOCAL两张。
   main表中存放的是路由类型为RTN_UNICAST的所有路由项,即网关或直接连接的路由。在myfib_add_ifaddr函数中是这样添加main表项的:对于某个网络设备接口的一个IP地址,如果目的地址的网络号不是零网络(网络号与子网号全为零),并且它是primary地址,同时,它不是D类地址(网络号与子网号占32位)。最后一个条件是:它不是一个环回地址(device上有flagIFF_LOOPBACK)。那么,就添加为main表项,如果是环回地址,则添加为local表的一个表项。
    在我们的系统中,有两个已开启的网络设备接口eth0和lo,eth0上配置的primaryIP地址是172.16.48.2,所以,相应的,main表中就只有一项。为main表添加路由项的时候,该路由项的目的地址是子网内的所有主机(把主机号部分字节清零),而对应于lo,在local表中也有一项,其类型为RTN_LOCAL(注:前一篇文章中的local表的hash8中的路由项表述有误,类型应该是RTN_LOCAL,而不是RTN_BORADCAST)。
   而其它的路由项全部归入local表,主要是广播路由项和本地路由项。在我们的系统环境下,local表共有7项,每个网络设备接口占三项。分别是本地地址(源跟目的地址一致),子网广播地址(主机号全为1),子网广播地址(主机号为零)。再加上一个lo的RTN_LOCAL项。
    现在我们再来看myfib_add_ifaddr函数的路由添加策略。对于一个传入的ip地址(结构structin_ifaddr表示),如果它是secondary地址,首先要确保同一个网络设备接口上存在一个跟其同类型的primary地址(网络号与子网号完全一致),因为,路由项的信息中的源地址全是primary的,secondary地址其实没有实际使用,它不会在路由表中产生路由项。然后,向local表添加一项目的地址是它本身的,类型为RTN_LOCAL的路由项;如果该ip地址结构中存在广播地址,并且不是受限广播地址(255.255.255.255),那么向local表添加一个广播路由项;然后,对符合加入main表的条件进行判断,如果符合,除了加入main表,最后,如果不是D类地址,还要加入两个广播地址(其实,已经跟前面有重叠,很多情况下不会实际触发加入的动作,只要记住,一个ip地址项对应最多有两个广播地址就可以了)。

 

多路由表(multiple Routing Tables)

  传统的路由算法是仅使用一张路由表的。但是在有些情形底下,我们是需要使用多路由表的。例如一个子网通过一个路由器与外界相连,路由器与外界有两条线路相连,其中一条的速度比较快,一条的速度比较慢。对于子网内的大多数用户来说对速度并没有特殊的要求,所以可以让他们用比较慢的路由;但是子网内有一些特殊的用户却是对速度的要求比较苛刻,所以他们需要使用速度比较快的路由。如果使用一张路由表上述要求是无法实现的,而如果根据源地址或其它参数,对不同的用户使用不同的路由表,这样就可以大大提高路由器的性能。

  规则(rule

  规则是策略性的关键性的新的概念。我们可以用自然语言这样描述规则,例如我门可以指定这样的规则:

  规则一:“所有来自192.16.152.24的IP包,使用路由表10, 本规则的优先级别是1500”

  规则二:“所有的包,使用路由表253,本规则的优先级别是32767”

  我们可以看到,规则包含3个要素:

  什么样的包,将应用本规则(所谓的SELECTOR,可能是filter更能反映其作用);

  符合本规则的包将对其采取什么动作(ACTION),例如用那个表;

  本规则的优先级别。优先级别越高的规则越先匹配(数值越小优先级别越高)。

  策略性路由的配置方法

  传统的linux下配置路由的工具是route,而实现策略性路由配置的工具是iproute2工具包。这个软件包是由Alexey Kuznetsov开发的,软件包所在的主要网址为ftp://ftp.inr.ac.ru/ip-routing/。
这里简单介绍策略性路由的配置方法,以便能更好理解第二部分的内容。详细的使用方法请参考Alexey Kuznetsov写的 ip-cfref文档。策略性路由的配置主要包括接口地址的配置、路由的配置、规则的配置。

  接口地址的配置IP Addr

  对于接口的配置可以用下面的命令进行:

Usage: ip addr [ add | del ] IFADDR dev STRING

  例如:

router># ip addr add 192.168.0.1/24 broadcast 192.168.0.255 label eth0 dev eth0

  上面表示,给接口eth0赋予地址192.168.0.1 掩码是255.255.255.0(24代表掩码中1的个数),广播地址是192.168.0.255

  路由的配置IP Route

  Linux最多可以支持255张路由表,其中有3张表是内置的:

  表255 本地路由表(Local table) 本地接口地址,广播地址,已及NAT地址都放在这个表。该路由表由系统自动维护,管理员不能直接修改。

  表254 主路由表(Main table) 如果没有指明路由所属的表,所有的路由都默认都放在这个表里,一般来说,旧的路由工具(如route)所添加的路由都会加到这个表。一般是普通的路由。

  表253 默认路由表 (Default table) 一般来说默认的路由都放在这张表,但是如果特别指明放的也可以是所有的网关路由。

  表 0 保留

  路由配置命令的格式如下:

 

Usage: ip route list SELECTOR
ip route { change | del | add | append | replace | monitor } ROUTE

 

  如果想查看路由表的内容,可以通过命令:

  ip route list table table_number

  对于路由的操作包括change、del、add 、append 、replace 、 monitor这些。例如添加路由可以用:

 

router># ip route add 0/0 via 192.168.0.4 table main
router># ip route add 192.168.3.0/24 via 192.168.0.3 table 1

 

第一条命令是向主路由表(main table)即表254添加一条路由,路由的内容是设置192.168.0.4成为网关。

 

  第二条命令代表向路由表1添加一条路由,子网192.168.3.0(子网掩码是255.255.255.0)的网关是192.168.0.3。

  在多路由表的路由体系里,所有的路由的操作,例如网路由表添加路由,或者在路由表里寻找特定的路由,需要指明要操作的路由表,所有没有指明路由表,默认是对主路由表(表254)进行操作。而在单表体系里,路由的操作是不用指明路由表的。


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