NIC(Network Interface Card)은 여러 interface(=ports, endpoints)를 가지고 있는 디바이스이다.
NIC as a Hardware
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NIC은 하드웨어다.
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내장형, 외장형 존재
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PCIe bus로 연결
*PCIe(Peripheral Componenet Interconnect Express) : CPU와 디바이스 연결하기 위한 버스(인터페이스) -
PC에 NIC가 인식되면, 얼마나 많은 인터페이스가 NIC에 있는지 확인.
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인터페이스 수 만큼
struct net_device생성(e.g. eth0) --> HW와 SW가 서로 구현되는 포인트.
struct net_device : an Interface Between HW and SW
- NIC의 인터페이스는
struct net_device로 관리된다. - 구조체는 각 인터페이스 마다 하나씩 생성된다.
- 구조체의 function pointer들은 L2, device driver과 연결되어 있다.
ex) L2에서 dev_queue_xmit() 함수 실행 -> struct net_device 안의 ndo_start_xmit() 함수 호출 -> 디바이스 드라이버의 ..._xmit()(드라이버 종류마다 다름) 호출
-- 중간 단계가 있어 디바이스 드라이버를 바꿔도 mapping을 통해 연결되어 있으므로 다양한 드라이버에 대응 가능.
<포함하는 것>
- HW 정보 (e.g. interrupt/ports/정의된 driver function 등등)
- HW의 메타데이터 (IP 주소 등)
- function pointer
structure of struct net_device
*참고 자료 : https://flylib.com/books/en/3.475.1.34/1/
*open, stop, hard_start_xmit에 연결된 function은 NIC1_ndo_open(), NIC1_ndo_stop() , NIC1_ndo_start_xmit() 이다. (그림의 adapter...() 부분)
*ndo = net device operations
- L2에서
dev_open()을 날리면struct net_device안의ndo_init()이 실행되어 여러 변수들(메타데이터들)이 채워진다.
Device Driver
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디바이스 드라이버에는 요구되는 함수로 실행되는 다양한 역할을 수행해야 한다. (ex. 송수신)
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송수신 시, DMA에 의해 데이터 copy가 일어난다. copy를 위한 TX, RX ring 존재
* ex) 송신 시, 메인메모리의 어디부터 어디까지(address + length)를 DMA에 주면 DMA가 copy. -
TX ring : 전송해야 할 패킷(skb)의 address & length 저장
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RX ring : 저장할 skb의 address & length 저장
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디바이스 드라이버가 init될 때 ring또한 준비.
*address는 물리주소
* 패킷 자체가 ring에 들어가는 것이 아님
TX in NIC
메인 메모리 -> NIC으로 데이터가 전달되는 과정.
과정은 다음과 같다.
- CPU가 인터페이스 상태 체크 후 TX ring에 패킷의 addr & length(=패킷 디스크립터) 추가.
- NIC에게 write할 새 데이터가 있다고 알림.
- DMA가 TX ring으로부터 패킷 디스크립터 fetch
- 디스크립터 보고 실제 패킷 데이터(skb) fetch
- 패킷 전송
RX in NIC
NIC에 도착한 패킷 -> 메인메모리로 전달되는 과정은 다음과 같다.
우선, RX ring이 초기화 될 떄, 패킷 디스크립터 공간이 다음과 같이 주어진다.
rx_desc[i].buffer_addr = dma_map_single(dev, rx_buf[i], BUF_SIZE, DMA_FROM_DEVICE); //DMA가 복사할 주소. 실제 주소는 rx_buf[i]
- 패킷 도착
- DMA가 RX ring으로부터 패킷 디스크립터 fetch
- DMA가 패킷을 디스크립터 데이터 부분에 write
- NIC가 패킷이 도착해 copy까지 했다고 interrupt 발생시켜 CPU에게 알려줌.
- 디바이스 드라이버가 등록해놓은 interrupt handler 실행. 네트워킹 스택 스타트 (L2 - L3 - L4 - (recv queue)- 유저프로세스 순차적 실행).
