TUN/TAP

TUN/TAP 为我们在 macOS 下面提供了虚拟网络接口（ TUN/TAP ），其本质是字符设备（ character special file ）。因为在 Unix 中一切皆文件，所以我们可以像操作文件一样操作这两种设备。

TUN 模拟网络层设备，它可以操作第3层数据包例如 IP 数据包。 TAP 模拟链路层设备，用于操作第2层数据包例如以太网帧。

const maxDevices = 16

var (
    ErrBusy        = errors.New("device is already in use")
	  ErrNotReady    = errors.New("device is not ready")
	  ErrExhausted   = errors.New("no devices are available")
)

type Interface interface {
    Name() string
    String() string
    io.ReadWriteCloser
}

func Tun(name string) (Interface, error) {
    return newTUN(name)
}

func Tap(name string) (Interface, error) {
    return newTAP(name)
}

TUN/TAP 在 /dev目录下，以 /dev/tunX 和 /dev/tapX 的形式存在，X 从0到15。每个字符设备都与同名的网络接口关联。网络接口只有在相应的字符设备被程序打开时才会创建，并且在字符设备关闭时将被删除。

type device struct {
    n string
    f *os.File
}

func (d *device) Name() string { return d.n }
func (d *device) String() string { return d.n }

新创建设备时，我们像正常打开文件一样使用 TUN 或者 TAP 设备，如果设备已经被占用，则报 ErrBusy 错误。

func newDevice(name string) (Interface, error) {
    file, err := os.OpenFile(name, os.O_EXCL|os.O_RWWR, 0)
    if isBusy(err) {
        return nil, ErrBusy
    } else {
        return nil, err
    } 
    return &device{n: name, f: file}, nil
}

func isBusy(err error) bool {
    if perr, ok := err.(*os.PathError); ok {
        if code, ok := perr.Err.(syscall.Errno); ok {
            if code == 0x10 || code == 0x11 {
                // device busy || exclusive lock
                return
            }
        }
    }
}

tunX 是 IP 隧道设备，可用于与内核交换 IP 数据包。使用 read() 获取单个数据包，使用 write() 可以将数据包写入 /dev/tunX 设备中。

func newTUN(name string) (Interface, error) {
    if len(name) == 0 {
        for i := o; i < maxDevices; i++ {
            iface, err := newDevice("/dev/tun" + strconv.Itoa(i))
            if err == ErrBusy {
                continue
            } else if err != nil {
                return nil, err
            }
            return nil, ErrExhausted
        }
    }
    return newDevice(name)
}

tapX 是 ethertap 设备，为内核的以太网层提供接口。每次从 /dev/tapX 字符设备中读取或写入一个数据包。

func newTAP(name string) (Interface, error) {
    if len(name) == 0 {
        for i := o; i < maxDevices; i++ {
            iface, err := newDevice("/dev/tap" + strconv.Itoa(i))
            if err == ErrBusy {
                continue
            } else if err != nil {
                return nil, err
            }
            return nil, ErrExhausted
        }
    }
    return newDevice(name)
}

对于字符设备，可以像操作正常文件一样进行读/写操作来向设备写入数据包或者获取数据包。

func (d *device) Read(p []byte) (n int, err error) {
    n, err := d.f.Read(p)
    if isNotReady(err) {
        err = ErrNotReady
    }
    return
}

func (d *device) Write(p []byte) (n int, err error) {
    n, err := d.f.Write(p)
    if isNotReady(err) {
        err = ErrNotReady 
    }
    return
}

func isNotReady(err error) bool {
    if perr, ok := err.(*os.PathError); ok {
        if code, ok := perr.Err.(syscall.Errno); ok {
            if code == 0x05 {
                return true
            }
        }
    }
    return false
}

func (d *device) Close() error { 
    return d.f.Close() 
}