NetworkManager内核网络栈通信机制
NetworkManager 在启动和配置网络设备时，会通过 Linux 内核的网络栈 API 与设备驱动程序进行交互，特别是通过 netlink 子系统来实现。
1. Netlink 通信机制
Netlink 是 Linux 内核与用户空间进程之间的一种通信机制，它允许用户空间进程与内核模块（如网络栈）交换信息。Netlink 为 NetworkManager 提供了一个接口，用于执行各种网络配置操作，比如：
- 获取网络接口状态
- 设置或删除 IP 地址
- 配置路由
- 查询或修改内核中网络设备的属性
Netlink 允许通过不同类型的消息（如 RTM_NEWADDR 添加地址，RTM_DELADDR 删除地址等）与网络栈通信。用户空间进程（如 NetworkManager）通过 netlink 向内核发送这些请求，内核处理这些请求后再通过 netlink 返回结果。
2. NetworkManager 使用 Netlink 的具体步骤
当 nmcli connection up 命令被执行时，NetworkManager 会使用 libnl 或者 libmnl（Linux 的 Netlink 库）来与内核进行通信。关键的交互流程包括：
2.1 接口管理
NetworkManager 首先需要对接口进行管理，包括启用或禁用网络接口。这通常是通过 Netlink 的 RTM_NEWLINK 或 RTM_DELLINK 消息来完成的。例如，启用网络接口时，NetworkManager 会向内核发送 RTM_NEWLINK 消息，并设置接口的 IFF_UP 标志以激活网络接口。内核接收到这条消息后，会通知相应的网络设备驱动程序来启用接口。
2.2 IP 地址管理
如果需要给接口分配 IP 地址（无论是通过静态 IP 还是通过 DHCP），NetworkManager 都会使用 Netlink 来添加 IP 地址。具体来说，它会发送 RTM_NEWADDR 消息，该消息包含了需要分配给接口的 IP 地址及其相关配置（如子网掩码、广播地址等）。内核处理这条消息后，更新网络接口的 IP 地址配置。
2.3 路由配置
NetworkManager 还需要设置路由表以确保正确的网络连接。这是通过 Netlink 的 RTM_NEWROUTE 消息来实现的。NetworkManager 通过该消息告诉内核，哪些网络流量应该走哪些网关或接口。内核则会相应地更新路由表。
3. Netlink 消息的格式
Netlink 消息的核心由以下几个部分组成：
- 消息头（
nlmsghdr）：包含消息类型（如RTM_NEWADDR）、消息标志、消息长度等信息。 - 属性（
rtattr）：存储了具体的配置数据，比如 IP 地址、接口索引等。 - 数据负载：这是具体的配置信息，比如给接口分配的 IP 地址。
例如，给接口分配 IP 地址的 netlink 消息通常包含以下内容：
- 接口索引（
IFA_INDEX）：指定要配置的网络接口。 - IP 地址（
IFA_LOCAL）：要分配的 IP 地址。 - 子网掩码、广播地址：其他与地址相关的配置。
4. 网络设备驱动与内核网络栈的交互
当内核接收到 NetworkManager 通过 netlink 发来的配置请求时，它会相应地与网络设备驱动程序进行交互。具体流程如下：
- 内核处理 Netlink 消息：内核的
netlink子系统负责解析 NetworkManager 发来的消息，并识别需要对哪些网络设备或配置项进行修改。 - 调用网络设备驱动程序：如果消息涉及具体的硬件操作（如启用网卡、修改硬件 MAC 地址等），内核会调用相应网络设备的驱动程序来执行这些操作。这是通过 Linux 网络栈的抽象层实现的，不同设备驱动程序遵循统一的接口。
- 内核更新内部状态：在网络设备配置成功后，内核会更新其内部的网络配置状态，包括网络接口表、路由表、地址分配等。
5. NetworkManager 的异步监控
除了通过 netlink 配置设备外，NetworkManager 还会异步监听来自内核的网络状态变化消息。例如，接口状态变化（如链路断开、链路恢复）的事件通过 netlink 消息报告给 NetworkManager，NetworkManager 会据此做出相应调整，如重新尝试连接或切换备用网络接口。
6. DHCP 与 IP 分配
如果使用 DHCP 获取 IP 地址，NetworkManager 会启动一个 DHCP 客户端（如 dhclient），该客户端通过向 DHCP 服务器发送请求来获取 IP 地址。成功获取后，NetworkManager 会将获得的 IP 地址通过 Netlink 添加到接口上，这与静态 IP 配置的 Netlink 交互流程相似。
7. Netlink 监听器
NetworkManager 还会使用 netlink 创建一个监听器，持续接收来自内核的事件通知，比如接口的状态变化、地址更改等。通过这些通知，NetworkManager 可以实时调整网络配置，确保网络连接的稳定性。
总结
NetworkManager 与 Linux 内核网络设备的交互主要通过 netlink 子系统进行。Netlink 是用户空间与内核空间之间的桥梁，负责在网络配置过程中传递各种网络配置信息。NetworkManager 通过发送 Netlink 消息来管理网络接口、IP 地址、路由等网络配置，同时也通过 Netlink 来监控内核中的网络状态变化。这种设计使得 NetworkManager 能够在用户空间高效地管理各种复杂的网络操作，同时利用 Linux 内核提供的强大网络栈和驱动程序来实际执行这些操作。
