使用打印机端口进行网络连接
PLIP 的意思是“并行线路 इंटरनेट协议”。它是一种用于通过并行电缆传输 IP 流量的协议。它可以与任何并行接口一起工作，并且能够以大约 40KB/秒的速度传输数据。使用 PLIP，您可以以几乎零成本连接任意两台计算机。尽管如今 ISA 网卡很容易找到和安装，但只要您获得笔记本电脑，您仍然会喜欢 PLIP，除非您能负担得起 PCMCIA 网卡。
只要您在两台系统上都具有 root 权限（只有 root 用户才能加载模块或配置接口），PLIP 允许您在任何有联网 Linux 机器且并行端口可用的地方将您的计算机连接到互联网。
我发现 PLIP 的内部设计在三个层面上都非常有趣
它展示了如何使用简单的 I/O 指令。
它可以让您了解网络接口如何适应整个内核。
它在实践中展示了内核软件如何使用任务队列。
在展示任何 PLIP 代码之前，我想描述一下标准并行端口的工作原理，以便您能够理解实际的数据传输是如何发生的。
并行端口是一个简单的设备；其外部连接器暴露了 12 个输出位和 5 个输入位。软件可以通过三个 8 位端口直接访问这些位：两个端口用于写入，一个端口用于读取。此外，其中一个输入信号可以触发中断；通过设置其中一个输出端口中的一个位可以启用此功能。图 1 显示了这三个端口如何映射到 25 针连接器。并行端口的 base_addr（其数据端口的地址）通常是 0x378、0x278 或 0x3bc。绝大多数并行端口使用 0x378。
图 1. 三个端口到连接器的映射
通过调用内核头文件中定义的两个 C 语言函数来实现对端口的物理访问
#include <linux/io.h> unsigned char inb(unsigned short port); void outb(unsigned char value, unsigned short port);
函数名中的 “b” 表示 “字节”。Linux 还提供 inw（字，16 位）、inl（长字，32 位）及其输出对应项，但它们不是使用并行端口所必需的。事实上，刚刚显示的函数只是宏，它们在大多数 Linux 平台上扩展为单条机器指令。它们的定义依赖于 extern inline 函数；这意味着在编译任何使用它们的代码时，您必须打开优化。这背后的原因有些技术性，并且在 gcc 手册页中得到了很好的解释。
您无需处于内核空间即可调用 inb 和 outb。如果您想从 shell 脚本访问 I/O 端口，您可以编译 inp.c 和 outp.c 并使用您的设备玩游戏（甚至破坏计算机）。因此，只有 root 用户才能访问端口。inp.c 和 outp.c 的源代码可通过匿名下载获得，文件为 ftp://ftp.linuxjournal.com/lj/listings/issue47/2662.tgz。
基于我在上一节中提供的并行端口描述，应该清楚的是，使用 PLIP 通信的双方一次最多必须交换五个位。PLIP 电缆必须经过特殊布线，以便将一侧的五个输出连接到另一侧的五个输入，反之亦然。PLIP 电缆的确切引脚排列在源文件 drivers/net/plip.c 和其他几个地方进行了描述，因此我不会在此重复这些信息。
并行端口的缺点之一是硬件中没有任何定时资源可用。将其与包含自身时钟的串行端口进行比较。通信协议无法利用任何高级硬件功能，并且任何握手都必须在软件中执行。所选择的协议使用其中一个位作为选通信号，以指示四个数据位的可用性；接收器必须通过切换其自身的选通线来确认数据的接收。这种数据传输方法非常占用 CPU 资源。处理器必须轮询选通信号才能发送其数据，并且在 PLIP 数据传输期间，系统性能会严重下降。
图 2 描绘了 PLIP 传输的时间线，其中详细说明了单个信息字节传输所涉及的步骤。
图 2. PLIP 传输时间线
就内核本身而言，PLIP 设备就像任何其他网络设备一样。更具体地说，它就像任何其他以太网接口一样，即使它的名称是 plipx 而不是 ethx。
当数据报必须通过网络接口传输时，它会被传递给设备驱动程序的传输函数。驱动程序接收一个套接字缓冲区参数（struct sk_buff）和一个指向自身的指针（struct device）。
对于 PLIP，传输是通过将 IP 数据报封装到 “硬件头部” 中进行交付的，这与任何其他传输介质的情况类似。PLIP 的不同之处在于，尽管它接收到的数据包已经包含以太网头部，但驱动程序会添加自己的头部。PLIP 封装的数据包在并行电缆上传输时，由以下字段组成
数据包长度：传输以数据包长度（以字节为单位）为首，最低有效字节优先。计数以 16 位数字传输，不包括计数本身或最终校验和字节。
以太网头部：PLIP 使用以太网封装，以便简化第一个实现（在 PC 世界中，当 Linux 不存在时）。这十四个字节几乎没有用处，但为了向后兼容，它们仍然存在。
IP 数据：IP 数据直接跟随头部，就像以太网接口一样。
校验和字节：PLIP 传输的尾字节是一个校验和字节，它必须等于数据包中每个数据字节的总和模 256，不包括前两个字节（长度）和校验和本身。
每当传输数据包时，所有字节都通过电缆使用前面描述的 5 位协议发送。这非常简单，并且可以完美地工作，除非在传输过程中出现问题。
PLIP 通信通道的有趣之处在于如何处理异步操作。数据包的传输和接收必须与其他系统操作相适应，并且必须尽可能地容错。这涉及多个内核资源，并且对于任何对内核内部机制感兴趣的人来说都非常有趣。
为了实现可靠的 PLIP 传输，需要克服三个问题。发出数据包必须相对于系统的其余部分异步传输；即使传输是 CPU 密集型的，它也应该发生在正常计算流程之外。接收数据包也必须异步进行，并且它们必须能够将它们的到达通知 PLIP 设备驱动程序。最后一个问题是容错；如果其中一方由于任何原因锁定传输，我们不希望对等主机在等待选通信号时冻结。
异步操作在 PLIP 中是通过使用内核任务队列（在 1996 年 6 月的 Linux Journal 期刊中介绍过）来实现的。容错和超时是使用状态机实现来完成的，该状态机将 PLIP 传输/接收与其他计算活动交错进行，而不会丢失发射器的内部状态跟踪。
让我们看一下连接名为 Tanino 和 Romeo 的机器的 PLIP 电缆（Tanino = Tx，Romeo = Rx）。以下段落解释了当 Tanino 向 Romeo 发送数据包时会发生什么。
Tanino 发送信号中断 Romeo，禁用自身的中断报告，并通过在立即任务队列中注册 plip_bh 并返回来启动传输循环。当 plip_bh 运行时，它知道接口正在发送数据并调用 plip_send_packet。
Romeo 在被中断时 (plip_interrupt)，在立即任务队列中注册 plip_bh。plip_bh 函数将计算分派给 plip_receive_packet，后者禁用接口中的中断报告并开始接收字节。
Tanino 的循环建立在 plip_send（它传输单个字节）之上，而 Romeo 的循环建立在 plip_receive（它接收单个字节）之上。这两个函数都准备好检测超时情况，在这种情况下，它们将 TIMEOUT 宏返回给调用函数，该函数将 TIMEOUT 返回给 plip_bh。
当被调用者通过返回 TIMEOUT 中止循环时，plip_bh 函数在定时器任务队列中注册一个函数，以便在下一个时钟滴答时再次进入循环。如果超时在几个时钟滴答后仍然持续，则中止此数据包的传输或接收，并在 enet_statistics 结构中注册错误；这些错误由 ifconfig 命令显示。
如果在下一个时钟滴答时超时情况不再持续，则数据交换顺利进行。接口中实现的状态机负责在超时发生的确切位置重新启动通信。
正如您所看到的，PLIP 接口相当对称。
就网络驱动程序而言，能够传输和接收数据并不是它的全部工作。驱动程序需要与内核的其余部分交互，以便与系统的其余部分相适应。PLIP 设备驱动程序将其源代码的大约四分之一用于交互问题，我觉得这里值得介绍一下。
基本上，网络接口需要能够发送和接收数据包。网络驱动程序被组织成一组 “方法函数”，就像字符设备驱动程序一样（参见 动态内核：发现，LJ 1996 年 4 月）。发送数据包很容易；其中一种方法函数专用于数据包传输，驱动程序只需实现正确的方法函数即可将数据传输到网络。
接收数据包在某种程度上更困难，因为数据包是通过中断到达的，并且驱动程序必须主动管理接收到的数据。任何网络接口的数据包接收都通过利用所谓的 “底半部” 来管理。
在 Linux 中，中断处理代码分为两部分。顶半部是硬件中断，它由硬件事件触发并立即执行。底半部是一个软件例程，由内核调度运行，而不会干扰正常的系统运行。当进程从系统调用返回以及 “慢速” 中断处理程序返回时，底半部会运行。当慢速处理程序运行时，所有处理器寄存器都会被保存，并且硬件中断不会被禁用；因此，当此类处理程序返回时，运行待处理的底半部是安全的。值得注意的是，2.1 系列的新内核不再区分快速和慢速中断处理程序。
底半部处理程序必须被 “标记”；这包括在位掩码寄存器中设置一个位，以便内核将检查是否是否有任何底半部待处理。PLIP 驱动程序使用的立即任务队列被实现为底半部。当任务排队时，调用者必须调用 mark_bh(IMMEDIATE_BH)，并且一旦进程完成系统调用或慢速处理程序返回，队列将立即运行。
回到网络接口，当驱动程序接收到网络数据报时，它必须进行以下调用
netif_rx(struct sk_buff *skb)
其中 skb 是承载接收到的数据包的缓冲区；PLIP 从 plip_receive_packet 调用 netif_rx。netif_rx 函数将数据包排队以供后续处理，并调用
mark_bh(NET_BH)然后，当底半部运行时，数据包将被处理。
实际上，需要更多内容才能将网络接口融入 Linux 内核；模块必须注册其自身接口并初始化它们。此外，接口必须导出一小部分内核将调用的内务处理函数。所有这些都由以下列出的几个简短函数执行
plip_init：此函数负责初始化网络设备；当 init_module 注册其设备时会调用它。该函数检查系统中是否安装了硬件，并在描述接口的 struct device 中分配字段。
plip_open：每当接口启动时，内核都会调用其 open 函数。该函数必须准备就绪（类似于字符设备的 open 方法函数）。
plip_close：此函数与 plip_open 相反。
plip_get_stats：每当需要统计信息时，都会调用此函数。例如，ifconfig 的打印输出显示由此函数返回的值。
plip_config：如果程序更改设备的硬件配置，则会调用此函数。PLIP 允许您在运行时指定中断线，因为当模块加载时，探测无法安全地执行。大多数并行端口都配置为使用默认中断线。
plip_ioctl：任何需要实现设备特定 ioctl 命令的接口都必须具有 ioctl 方法函数。PLIP 允许更改其超时值，尽管我从未需要使用这些数字。plipconfig 程序允许更改超时。
plip_rebuild_header：此函数用于在 IP 数据前面构建以太网头部。使用 ARP 的以太网接口不需要实现此函数，因为以太网接口的默认函数会完成所有工作。
init_module：正如您可能已经知道的那样，这是模块化驱动程序的入口点。当网络接口加载到运行系统时，其 init_module 应该调用 register_netdev，传递一个指向 struct device 的指针。此类结构应部分初始化，并应包含一个指向 init 函数的指针，该函数完成结构的初始化。对于 PLIP，这样的函数是 plip_init。
这些函数，以及负责实际数据包传输的 hw_start_xmit 函数，是使网络接口在 Linux 中运行所需的全部内容。尽管我承认要编写真正的驱动程序还需要了解更多内容，但我希望实际的源代码可以证明对填补空白很有趣。
