本文首次编辑于2022年春季。因为有需要，所以翻出来，顺便发布
写在前面
- Linux虚拟网卡测试程序：tunread.c
Linux虚拟网卡概述
Linux虚拟网卡，是在Linux内核2.4.x版本之后完全由软件实现的虚拟网络设备，在功能上和物理网卡没有区别，由Linux网络设备管理模块统一来管理。
与物理网卡不同的是，在没有进行其他配置（如网桥）的情况下，Linux虚拟网卡并不连接到任何真实的物理链路，在Linux虚拟网卡中传输的所有报文均在本机中传输。
虚拟网卡数据包的流向
那么，在通过Socket协议栈向网卡发送数据时，数据包的走向如何呢？下图可以较好的对数据流进行描述。
从图中我们可以直观地看到：用户程序通过Socket接口操作物理网卡和虚拟网卡的方法没有任何不同，区别在于物理网卡和虚拟网卡对于收发数据包的处理方式。物理网卡将Socket用户的数据包发到物理链路上，并从物理链路上接收数据包返回给Socket用户；而虚拟网卡将Socket用户的数据包发到本地的一个字符设备中，并从该字符设备中读取的数据返回给Socket用户。换句话说，虚拟网卡把Socket用户的网络数据包“重定向”到了一个字符设备中！这使得操作这个字符设备的其他程序可以通过文件接口接收Socket用户发来的包，或向Socket用户发包。
三层虚拟网卡（TUN）与二层虚拟网卡（TAP）
从虚拟网卡对应的字符设备中读取到的网络数据包是何种格式？这就涉及到了TUN和TAP虚拟网卡的区别。TUN网卡只模拟到第三层，只有IP地址而没有MAC地址；TAP网卡能模拟到第二层，既有IP地址也有MAC地址。利用字符设备接口操作TUN和TAP网卡，前者需要处理三层包（例如IP数据报），而后者需要处理二层包（以太网帧）。
虚拟网卡的典型应用场景
虚拟网卡比较典型的应用场景就是是虚拟机。虚拟机程序（如QEMU、VirtualBox等）将宿主机上的虚拟网卡字符设备作为“物理链路”提供给虚拟机，宿主机与虚拟机之间就可以通过虚拟网卡建立网络连接了。
虚拟网卡还有一类比较典型的应用场景，那就是虚拟专用网络，英语名称为Virtual Private Network，简称VPN。VPN在教育、科研、工业、█████等领域具有广泛的应用。一个典型的例子：当校内学生/企业员工需要异地访问学校/企业内网资源时，VPN就是必不可少的工具。VPN的客户端程序在用户处创建一个虚拟网卡，分配内网IP地址，再通过建立在互联网上的虚拟链路连接到学校/公司的VPN服务端程序，进而访问内网资源。
虚拟网卡测试
作为验证，笔者创建了一个虚拟网卡tun0，并设置其IP地址为10.10.10.1/8，然后利用nc工具向该网卡发送目标为10.10.10.10:10240的UDP数据报。同时，笔者利用一个C程序读取tun0虚拟网卡对应的字符设备接口，并逐字节观察读出的数据报，发现可以收到正常的UDP/IP数据报文。具体过程如下：
- 利用
tunctl命令创建一个虚拟网卡tun0：tunctl -u root -3 -t tun0，其中：
-
-u root表示该网卡由root用户专用. -
-3表示建立三层虚拟网卡，即TUN类型的网卡。 -
-t tun0指定了网卡的名字为tun0。
-
利用
ifconfig命令设置tun0网卡的IP地址，并启用这个网卡：ifconfig tun0 10.10.10.1 netmask 255.0.0.0 up
- 在
tapread.c文件中，利用Linux字符设备接口监听tun0网卡收到的信息。 -
用
nc命令向tun网卡发送UDP报文。nc命令参数解释如下：nc -4nu 10.10.10.10 10240，其中：
-
-4nu表示使用IPv4、不使用域名解析、使用UDP。 -
10.10.10.10表示目的IP。 -
10240表示目的端口。
- 查看第3步中监听到的网络流量。
- 红色部分是IPv4报头：头部长度20，报文总长41。
-
橙色部分是IPv4报头的源地址：
10.10.10.1 -
黄色部分是IPv4报头的目的地址：
10.10.10.10 -
绿色部分是UDP报头：源端口45004（由
nc命令自动分配），目的端口10240 -
紫色部分是数据：
"Hello World!\n"
如果进一步配合iptables，我们就能让虚拟网卡充当虚拟机程序、VPN程序与物理网络沟通的桥梁。
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