1. 简介

TAP（Network TAP），也即Tunneling traffic access point设备，是一种在 Linux 中用于模拟物理网络接口的虚拟网络设备，主要用于处理虚拟机与主机之间的网络通信、容器之间的网络通信、VPN 连接等场景，它允许用户空间程序实现自定义网络栈，为特定应用或场景提供灵活的网络配置。

2. 原理

以下通过创建、数据包的注入和提取、通信、数据包处理等方面，阐述了TAP设备等原理。

• 创建虚拟设备：

TAP 设备通过内核提供的 TUN/TAP 接口创建。TUN 设备用于处理 IP 数据包，而 TAP 设备用于处理以太网帧。
在 Linux 中，可以使用 ip 命令或相关系统调用创建 TAP 设备。

• 虚拟设备的结构：

TAP 设备在内核中有对应的数据结构，用于保存设备的状态和配置信息。
用户空间程序可以通过打开 /dev/net/tun 设备文件，向内核请求创建 TAP 设备。

• 数据包注入和提取：

数据包从用户空间程序注入到 TAP 设备时，内核会将数据包注入到网络堆栈中，进入网络协议栈的下层。
接收到的数据包也可以从网络堆栈中提取，供用户空间程序处理。

• 用户空间和内核的通信：

用户空间程序通过打开 /dev/net/tun 设备文件，与内核进行通信。这通常使用 ioctl 系统调用完成。
用户空间程序可以通过 read 和 write 操作来与 TAP 设备进行数据交换。

• 以太网帧的处理：

TAP 设备工作在 OSI 模型的第二层（数据链路层），处理以太网帧。
发送数据时，用户空间程序将以太网帧写入 TAP 设备，内核将这些帧注入到网络堆栈中。
接收数据时，内核将网络堆栈中的以太网帧提取给用户空间程序。

3. TAP在容器领域的应用

• 容器通信：

TAP 设备可用于建立容器与容器之间的通信通道。每个容器可以连接到一个 TAP 设备，从而创建一个虚拟网络，容器可以通过这个虚拟网络与其他容器通信。

• 容器与主机通信：

TAP 设备可以用于容器与主机之间的通信。容器通过连接到 TAP 设备，实现了与主机网络的连接，使得容器可以与主机上的其他服务或网络进行通信。

• 自定义网络栈：

TAP 设备使得用户空间程序可以实现自定义的网络栈。这对于容器运行时和网络插件非常有用，因为它们可以使用自定义的网络栈来实现更高级的网络功能，如网络隔离、网络策略等。

• 桥接容器网络：

TAP 设备通常与桥接设备（Bridge Device）结合使用，将多个容器连接到同一个虚拟网络中。桥接设备负责在不同的 TAP 设备之间转发数据，实现容器之间的互通。

• VPN 连接：

TAP 设备可以用于实现容器到容器之间的 VPN 连接。容器连接到 TAP 设备，而 TAP 设备可以通过 VPN 协议与其他容器或主机建立安全的通信连接。

• 网络隔离： 使用 TAP 设备可以实现容器之间的网络隔离，确保它们在不同的虚拟网络中运行，从而增加安全性和隔离性。