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在雲計算時代，虛擬機和容器已經成為標配。它們背后的網絡管理都離不開一樣東西，就是虛擬網絡設備，或者叫虛擬網卡，tap/tun 就是在雲計算時代非常重要的虛擬網絡網卡。
tap/tun 是什么
tap/tun 是 Linux 內核 2.4.x 版本之后實現的虛擬網絡設備，不同於物理網卡靠硬件網路板卡實現，tap/tun 虛擬網卡完全由軟件來實現，功能和硬件實現完全沒有差別，它們都屬於網絡設備，都可以配置 IP，都歸 Linux 網絡設備管理模塊統一管理。
作為網絡設備，tap/tun 也需要配套相應的驅動程序才能工作。tap/tun 驅動程序包括兩個部分，一個是字符設備驅動，一個是網卡驅動。這兩部分驅動程序分工不太一樣，字符驅動負責數據包在內核空間和用戶空間的傳送，網卡驅動負責數據包在 TCP/IP 網絡協議棧上的傳輸和處理。
用戶空間與內核空間的數據傳輸
在 Linux 中，用戶空間和內核空間的數據傳輸有多種方式，字符設備就是其中的一種。tap/tun 通過驅動程序和一個與之關聯的字符設備，來實現用戶空間和內核空間的通信接口。
在 Linux 內核 2.6.x 之后的版本中，tap/tun 對應的字符設備文件分別為：
- tap：/dev/tap0
- tun：/dev/net/tun
設備文件即充當了用戶空間和內核空間通信的接口。當應用程序打開設備文件時，驅動程序就會創建並注冊相應的虛擬設備接口，一般以 tunX 或 tapX 命名。當應用程序關閉文件時，驅動也會自動刪除 tunX 和 tapX 設備，還會刪除已經建立起來的路由等信息。
tap/tun 設備文件就像一個管道，一端連接着用戶空間，一端連接着內核空間。當用戶程序向文件 /dev/net/tun 或 /dev/tap0 寫數據時，內核就可以從對應的 tunX 或 tapX 接口讀到數據，反之，內核可以通過相反的方式向用戶程序發送數據。
tap/tun 和網絡協議棧的數據傳輸
tap/tun 通過實現相應的網卡驅動程序來和網絡協議棧通信。一般的流程和物理網卡和協議棧的交互流程是一樣的，不同的是物理網卡一端是連接物理網絡，而 tap/tun 虛擬網卡一般連接到用戶空間。
如下圖的示意圖，我們有兩個應用程序 A、B，物理網卡 eth0 和虛擬網卡 tun0 分別配置 IP：10.1.1.11 和 192.168.1.11，程序 A 希望構造數據包發往 192.168.1.0/24 網段的主機 192.168.1.1。
基於上圖，我們看看數據包的流程：
- 應用程序 A 構造數據包，目的 IP 是
192.168.1.1，通過socket A將這個數據包發給協議棧。 - 協議棧根據數據包的目的 IP 地址，匹配路由規則，發現要從
tun0出去。 tun0發現自己的另一端被應用程序 B 打開了，於是將數據發給程序 B.- 程序 B 收到數據后，做一些跟業務相關的操作，然后構造一個新的數據包，源 IP 是
eth0的 IP，目的 IP 是10.1.1.0/24的網關10.1.1.1，封裝原來的數據的數據包，重新發給協議棧。 - 協議棧再根據本地路由，將這個數據包從
eth0發出。
后續步驟，當 10.1.1.1 收到數據包后，會進行解封裝，讀取里面的原始數據包，繼而轉發給本地的主機 192.168.1.1。當接收回包時，也遵循同樣的流程。
在這個流程中，應用程序 B 的作用其實是利用 tun0 對數據包做了一層隧道封裝。其實 tun 設備的最大用途就是用於隧道通信的。
tap/tun 的區別
看到這里，你可能還不大明白 tap/tun 的區別。
tap 和 tun 雖然都是虛擬網絡設備，但它們的工作層次還不太一樣。
- tap 是一個二層設備（或者以太網設備），只能處理二層的以太網幀；
- tun 是一個點對點的三層設備（或網絡層設備），只能處理三層的 IP 數據包。
tap/tun 的應用
從上面的數據流程中可以看到，tun 設備充當了一層隧道，所以，tap/tun 最常見的應用也就是用於隧道通信，比如 VPN，包括 tunnel 和應用層的 IPsec 等，其中比較有名的兩個開源項目是 openvpn 和 VTun。
總結
tun/tap 虛擬網卡，對應於物理網卡，如 eth0。
tun/tap 驅動包括字符設備驅動和網卡驅動。
tun/tap 常用於隧道通信。
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