Linux網路程式與核心互動的方法是通過ioctl來實現的，ioctl與網路協議棧進行互動，可得到網路介面的資訊，網絡卡裝置的對映屬性和配置網路介面。並且還能夠檢視，修改，刪除ARP快取記憶體的資訊，所以，我們有必要了解一下ioctl函式的具體實現。

2.相關結構體與相關函式

#include <sys/ioctl.h>

int ioctl(int d,int request,....);

(1)網路介面請求結構ifreq

struct ifreq
{
    #define IFHWADDRLEN 6 //6個位元組的硬體地址，即MAC
    union{
         char ifrn_name[IFNAMESIZ];//網路介面名稱
         }ifr_ifrn;
    union{
         struct sockaddr ifru_addr;//本地IP地址
         struct sockaddr ifru_dstaddr;//目標IP地址
         struct sockaddr ifru_broadaddr;//廣播IP地址
         struct sockaddr ifru_netmask;//本地子網掩碼地址
         struct sockaddr ifru_hwaddr;//本地MAC地址
         short ifru_flags;//網路介面標記
         int ifru_ivalue;//不同的請求含義不同
         struct ifmap ifru_map;//網絡卡地址對映
         int ifru_mtu;//最大傳輸單元
         char ifru_slave[IFNAMSIZ];//佔位符
         char ifru_newname[IFNAMSIZE];//新名稱
         void __user* ifru_data;//使用者資料
         struct if_settings ifru_settings;//裝置協議設定
         }ifr_ifru;
}
#define ifr_name ifr_ifrn.ifrn_name;//介面名稱
#define ifr_hwaddr ifr_ifru.ifru_hwaddr;//MAC
#define ifr_addr ifr_ifru.ifru_addr;//本地IP
#define ifr_dstaddr ifr_ifru.dstaddr;//目標IP
#define ifr_broadaddr ifr_ifru.broadaddr;//廣播IP
#define ifr_netmask ifr_ifru.ifru_netmask;//子網掩碼
#define ifr_flags ifr_ifru.ifru_flags;//標誌
#define ifr_metric ifr_ifru.ifru_ivalue;//介面側度
#define ifr_mtu ifr_ifru.ifru_mtu;//最大傳輸單元
#define ifr_map ifr_ifru.ifru_map;//裝置地址對映
#define ifr_slave ifr_ifru.ifru_slave;//副裝置
#define ifr_data ifr_ifru.ifru_data;//介面使用
#define ifr_ifrindex ifr_ifru.ifru_ivalue;//網路介面序號
#define ifr_bandwidth ifr_ifru.ifru_ivalue;//連線頻寬
#define ifr_qlen ifr_ifru.ifru_ivalue;//傳輸單元長度
#define ifr_newname ifr_ifru.ifru_newname;//新名稱
#define ifr_seeting ifr_ifru.ifru_settings;//裝置協議設定
 

(2)網絡卡裝置屬性ifmap

struct ifmap{//網絡卡裝置的對映屬性
    unsigned long mem_start;//開始地址
    unsigned long mem_end;//結束地址
    unsigned short base_addr;//基地址
    unsigned char irq;//中斷號
    unsigned char dma;//DMA
    unsigned char port;//埠
}

struct ifconf{//網路配置結構體是一種緩衝區
    int ifc_len;//緩衝區ifr_buf的大小
    union{
         char__user *ifcu_buf;//繪衝區指標
         struct ifreq__user* ifcu_req;//指向ifreq指標
         }ifc_ifcu;
};
#define ifc_buf ifc_ifcu.ifcu_buf;//緩衝區地址
#define ifc_req ifc_ifcu.ifcu_req;//ifc_req地址
 

/* ARP快取記憶體操作，包含IP地址和硬體地址的對映表，操作ARP快取記憶體的命令字 SIOCDARP,SIOCGARP,SIOCSARP分別是刪除ARP快取記憶體的一條記錄，獲得ARP快取記憶體的一條記錄和修改ARP快取記憶體的一條記錄 */
struct arpreq{
   struct sockaddr arp_pa;//協議地址
   struct sockaddr arp_ha;//硬體地址
   int arp_flags;//標記
   struct sockaddr arp_netmask;//協議地址的子網掩碼
   char arp_dev[16];//查詢網路介面的名稱
}

4. 相關例子

(1)網路介面資訊
       選項獲取填充struct ifreq的ifr_name：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <linux/if.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <linux/sockios.h>
/**
ioctl函式是與核心互動的一種方法，使用ioctl函式與核心協議棧進行互動
ioctl函式可操作I/O請求，檔案請求與網路介面請求
網路介面請求的幾個結構體:
struct ifreq{
#define IFHWADDRLEN 6 //6個位元組的硬體地址，即MAC
union{
 char ifrn_name[IFNAMESIZ];//網路介面名稱
}ifr_ifrn;
union{
 struct sockaddr ifru_addr;//本地IP地址
 struct sockaddr ifru_dstaddr;//目標IP地址
 struct sockaddr ifru_broadaddr;//廣播IP地址
 struct sockaddr ifru_netmask;//本地子網掩碼地址
 struct sockaddr ifru_hwaddr;//本地MAC地址
 short ifru_flags;//網路介面標記
 int ifru_ivalue;//不同的請求含義不同
 struct ifmap ifru_map;//網絡卡地址對映
 int ifru_mtu;//最大傳輸單元
 char ifru_slave[IFNAMSIZ];//佔位符
 char ifru_newname[IFNAMSIZE];//新名稱
 void __user* ifru_data;//使用者資料
 struct if_settings ifru_settings;//裝置協議設定

}ifr_ifru;
}
#define ifr_name ifr_ifrn.ifrn_name;//介面名稱
#define ifr_hwaddr ifr_ifru.ifru_hwaddr;//MAC
#define ifr_addr ifr_ifru.ifru_addr;//本地IP
#define ifr_dstaddr ifr_ifru.dstaddr;//目標IP
#define ifr_broadaddr ifr_ifru.broadaddr;//廣播IP
#define ifr_netmask ifr_ifru.ifru_netmask;//子網掩碼
#define ifr_flags ifr_ifru.ifru_flags;//標誌
#define ifr_metric  ifr_ifru.ifru_ivalue;//介面側度
#define ifr_mtu ifr_ifru.ifru_mtu;//最大傳輸單元
#define ifr_map ifr_ifru.ifru_map;//裝置地址對映
#define ifr_slave ifr_ifru.ifru_slave;//副裝置
#define ifr_data ifr_ifru.ifru_data;//介面使用
#define ifr_ifrindex ifr_ifru.ifru_ivalue;//網路介面序號
#define ifr_bandwidth ifr_ifru.ifru_ivalue;//連線頻寬
#define ifr_qlen ifr_ifru.ifru_ivalue;//傳輸單元長度
#define ifr_newname ifr_ifru.ifru_newname;//新名稱
#define ifr_seeting ifr_ifru.ifru_settings;//裝置協議設定

struct ifmap{//網絡卡裝置的對映屬性
 unsigned long mem_start;//開始地址
 unsigned long mem_end;//結束地址
 unsigned short base_addr;//基地址
 unsigned char irq;//中斷號
 unsigned char dma;//DMA
 unsigned char port;//埠
}

struct ifconf{//網路配置結構體是一種緩衝區
 int ifc_len;//緩衝區ifr_buf的大小
 union{
  char__user *ifcu_buf;//繪衝區指標
 struct ifreq__user* ifcu_req;//指向ifreq指標
}ifc_ifcu;

};
#define ifc_buf ifc_ifcu.ifcu_buf;//緩衝區地址
#define ifc_req ifc_ifcu.ifcu_req;//ifc_req地址

(1)獲得配置選項SIOCGIFCONF獲得網路介面的配置情況 需要填充struct ifreq中ifr_name變數
(2)其它選項獲取填充struct ifreq的ifr_name
**/

int main(int argc,char*argv[]){
	int s;
	int err;
	s=socket(AF_INET,SOCK_DGRAM,0);
	if(s<0){
	perror("socket error");
	return;
	}

	//傳入網路介面序號，獲得網路介面的名稱
	struct ifreq ifr;

	ifr.ifr_ifindex=2;//獲得第2個網路介面的名稱
	err=ioctl(s,SIOCGIFNAME,&ifr);

	if(err)
		perror("index error");
	else
		printf("the %dst interface is:%s\n",ifr.ifr_ifindex,ifr.ifr_name);

	//傳入網路介面名稱，獲得標誌
	memcpy(ifr.ifr_name,"eth0",5);
	err=ioctl(s,SIOCGIFFLAGS,&ifr);
	if(!err)
		printf("SIOCGIFFLAGS:%d\n",ifr.ifr_flags);

	//獲得MTU和MAC
	err=ioctl(s,SIOCGIFMTU,&ifr);
	if(!err)
		printf("SIOCGIFMTU:%d\n",ifr.ifr_mtu);

	//獲得MAC地址
	err=ioctl(s,SIOCGIFHWADDR,&ifr);
	if(!err){
		unsigned char* hw=ifr.ifr_hwaddr.sa_data;
		printf("SIOCGIFHWADDR:%02x:%02x:%02x:%02x:%02x:%02x\n",hw[0],hw[1],hw[2],hw[3],hw[4],hw[5]);
	}

	//獲得網絡卡對映引數 命令字SIOCGIFMAP
	err=ioctl(s,SIOCGIFMAP,&ifr);
	if(!err)
		printf("SIOCGIFMAP,mem_start:%d,mem_end:%d,base_addr:%d,ifr_map:%d,dma:%d,port:%d\n",ifr.ifr_map.mem_start,ifr.ifr_map.mem_end,ifr.ifr_map.base_addr,ifr.ifr_map.irq,ifr.ifr_map.dma,ifr.ifr_map.port);


	//獲得網絡卡序號
	err=ioctl(s,SIOCGIFINDEX,&ifr);
	if(!err)
		printf("SIOCGIFINDEX:%d\n",ifr.ifr_ifindex);

	//獲取傳送佇列的長度
	err=ioctl(s,SIOCGIFTXQLEN,&ifr);
	if(!err)
		printf("SIOCGIFTXQLEN:%d\n",ifr.ifr_qlen);

	//獲取網路介面IP

	struct sockaddr_in *sin=(struct sockaddr_in*)&ifr.ifr_addr;//儲存的是二進位制IP
	char ip[16];//字元陣列，存放字串
	memset(ip,0,16);
	err=ioctl(s,SIOCGIFADDR,&ifr);
	if(!err){
		inet_ntop(AF_INET,&sin->sin_addr.s_addr,ip,16);//轉換的字串儲存到ip陣列中，第二個引數是要轉換的二進位制IP指標，第三個引數是轉換完成存放IP的緩衝區，最後一個引數是緩衝區的長度
		printf("SIOCGIFADDR:%s\n",ip);
	}

	//查詢目標IP地址
	err=ioctl(s,SIOCGIFDSTADDR,&ifr);
	if(!err){
		inet_ntop(AF_INET,&sin->sin_addr.s_addr,ip,16);
		printf("SIOCGIFDSTADDR:%s\n",ip);
	}

	//查詢子網掩碼
	err=ioctl(s,SIOCGIFNETMASK,&ifr);
	if(!err){
		inet_ntop(AF_INET,&sin->sin_addr.s_addr,ip,16);
		printf("SIOCGIFNETMASK:%s\n",ip);
	}

	//設定IP地址，設定網路介面
	inet_pton(AF_INET,"222.27.253.108",&sin->sin_addr.s_addr);//將字串IP轉換成二進位制
	err=ioctl(s,SIOCSIFADDR,&ifr);//傳送設定本機ip地址請求命令
	if(!err){
		printf("check IP-----");  
		memset(&ifr,0,sizeof(ifr));
		memcpy(ifr.ifr_name,"eth0",5);
		ioctl(s,SIOCGIFADDR,&ifr);
		inet_ntop(AF_INET,&sin->sin_addr.s_addr,ip,16);
		printf("%s\n",ip);
	}

	//得到介面的廣播地址
	memset(&ifr,0,sizeof(ifr));
	memcpy(ifr.ifr_name,"eth0",5);
	ioctl(s,SIOCGIFBRDADDR,&ifr);
	struct sockaddr_in *broadcast=(struct sockaddr_in*)&ifr.ifr_broadaddr;
	//轉換成字串
	inet_ntop(AF_INET,&broadcast->sin_addr.s_addr,ip,16);//inet_ntop將二進位制IP轉換成點分十進位制的字串
	printf("BROADCAST IP:%s\n",ip);
	close(s);
}

(2)檢視arp快取記憶體資訊

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <net/if_arp.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#include <linux/sockios.h>
/**
ARP快取記憶體操作，包含IP地址和硬體地址的對映表
操作ARP快取記憶體的命令字 SIOCDARP,SIOCGARP,SIOCSARP分別是刪除ARP快取記憶體的一條記錄，獲得ARP快取記憶體的一條記錄和修改ARP快取記憶體的一條記錄
struct arpreq{
  struct sockaddr arp_pa;//協議地址
  struct sockaddr arp_ha;//硬體地址
  int arp_flags;//標記
  struct sockaddr arp_netmask;//協議地址的子網掩碼
  char arp_dev[16];//查詢網路介面的名稱
}

**/

//根據IP地址查詢硬體地址
int main(int argc,char*argv[]){
	int s;
	int err;
	struct arpreq arpreq;
	struct sockaddr_in *addr=(struct sockaddr_in*)&arpreq.arp_pa;//IP地址
	s=socket(AF_INET,SOCK_DGRAM,0);
	if(s<0)
		perror("socket error");

	addr->sin_family=AF_INET;
	addr->sin_addr.s_addr=inet_addr(argv[1]);//轉換成二進位制IP
	if(addr->sin_addr.s_addr==INADDR_NONE)
		printf("IP地址格式錯誤\n");
	
	strcpy(arpreq.arp_dev,"eth0");
	err=ioctl(s,SIOCGARP,&arpreq);
	if(err==-1){
		perror("arp");
		return -1;
	}
 
	unsigned char* hw=(unsigned char*)&arpreq.arp_ha.sa_data;//硬體地址
	printf("%s\n",argv[1]);
	printf("%02x:%02x:%02x:%02x:%02x:%02x\n",hw[0],hw[1],hw[2],hw[3],hw[4],hw[5]);
	close(s);
	return 0;
}

       檢視閘道器的MAC。在檢視ARP快取記憶體時要傳入IP地址與介面資訊。而獲得介面資訊要傳入介面名ifr_name，如eth0。

總結：

       本文主要介紹了獲得網路介面請求資訊，獲得網絡卡裝置對映屬性、配置網路介面、獲得ARP快取記憶體等。其它ioctl函式還能對操作檔案，操作I/O、操作路由等。最後對於網路介面的操作與ARP快取記憶體的操作分別給出了例項。