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Linux 网络设备 - TUN/TAP

Linux网络设备 TUN/TAP是内核提供的虚拟网卡，它们在用户空间程序和操作系统协议栈之间架起桥梁。TUN/TAP的主要功能是模拟物理网卡，但与实际网卡不同，它们的连接端点分别对应操作系统和用户空间。当一个应用程序（如ping命令）尝试通过TUN/TAP发送数据时，数据包会根据路由策略决定是通过物理网卡还是TUN/TAP，后者则会传递给绑定的用户空间程序。

TUN设备工作在三层网络，没有MAC地址，仅处理三层及以上数据，比如ICMP请求。而TAP设备带有MAC地址，可用于二层通信，包括处理ARP广播。例如，当ping一个同网段的IP时，TAP设备会接收到ARP请求并转发，用户空间程序需处理ARP响应和ICMP数据包。通过编写用户空间程序，我们可以验证这个过程，比如创建TUN/TAP设备，绑定IP，处理ARP和ICMP请求，最后实现ping操作的正常响应。

对于TUN/TAP的区别，TAP设备具有MAC地址和二层功能，需要处理ARP，而TUN设备仅处理三层数据，无需处理ARP。通过实际操作，我们能够理解并利用这些设备在Linux网络环境中模拟网络连接或进行网络数据包处理。

Linux tun:tap 详解

在Linux系统中，tun和tap是虚拟网络设备，它们在内核层面实现了与硬件网卡类似的网络功能，但无需依赖实际的硬件。tun主要工作在第三层（网络层），处理IP数据包，适用于像OpenVPN和IPSec这样的点对点隧道。相反，tap则位于第二层（链路层），模拟以太网设备，常用于虚拟机网卡或创建桥接网络，使得虚拟机与宿主机或外部网络无缝连接。

操作tun/tap的方式有两种，一是通过网络接口socket API，与操作真实网卡类似；二是通过字符设备，允许用户空间直接与内核空间交互，进行二层或三层数据报文的处理。在Linux内核版本2.6.x及以后，tun和tap对应的字符设备文件分别对应它们的接口。设备创建后，可以配置IP地址、MAC地址等，数据报文经应用程序写入设备后，由内核处理并转发。

tun和tap的主要区别在于工作层次：tun处理IP层数据，OpenVPN的路由模式就依赖于它；而tap操作以太网数据帧，能与物理网卡桥接，适合作为虚拟机网卡，如OpenVPN的桥接模式可让虚拟机融入宿主机网络。

Linux提供了命令行工具来创建和管理tun/tap设备，即使设备未被应用程序使用，也可以作为普通网卡操作。通过`ip tuntap help`获取使用帮助，或者直接使用`ip link`命令对设备进行操作，如创建、配置和删除。

Linux 虚拟网络设备之 TUN/TAP 设备

TUN/TAP设备是Linux内核中的虚拟网络组件，为用户空间程序提供数据包接收和发送功能。它们相当于点对点或以太网设备，但不依赖物理介质，而是从用户空间程序接收数据并将其写回给用户空间，模拟从外部接收数据的行为。TAP设备处理第二层数据包（如以太网帧），而TUN设备则操作第三层数据包（如IP数据包）。

物理网卡的工作流程是：数据从外部网络通过网卡进入内核协议栈，由内核处理后发送，反之则从内核写入数据发送到网卡。而TUN/TAP设备在用户空间和内核网络栈之间扮演桥梁角色，用户空间程序能像操作硬件网卡一样操作它们，但数据传输方式不同，物理网卡以比特流形式，TUN/TAP则在内核和用户空间之间通过内存直接拷贝。

与物理网卡相比，虚拟网卡如TAP和TUN，提供了连接其他设备（如其他网卡或虚拟交换机）以及用户空间程序收发数据的功能。TAP设备更像传统网卡，常用于连接虚拟交换机，而TUN常用于实现三层IP隧道，如OpenVPN中的数据传输。TAP接口在虚拟化环境中，如KVM虚拟机之间通过LinuxBridge通信时被广泛使用。