О интерфейсах в пару слов

• по каждому принятому из интерфейса пакету создаются экземпляры структуры сокетных буферов (struct sk_buff), далее созданный экземпляр структуры продвигается по стеку протоколов вверх, до его получателя в пространстве пользователя, где он и уничтожается;
• порождённые где-то на верхних уровнях протоколов пользовательского пространства исходящие экземпляры структуры struct sk_buff должны быть отправлены, а сами экземпляры структуры после этого уничтожаются (или утилизируются в пул).

#define alloc_netdev( sizeof_priv, name, setup )

#define alloc_netdev( sizeof_priv, name, name_assign_type, setup ) 

/* interface name assignment types (sysfs name_assign_type attribute) */
#define NET_NAME_UNKNOWN     0 /* unknown origin (not exposed to userspace) */
#define NET_NAME_ENUM        1 /* enumerated by kernel */
#define NET_NAME_PREDICTABLE 2 /* predictably named by the kernel */
#define NET_NAME_USER        3 /* provided by user-space */
#define NET_NAME_RENAMED     4 /* renamed by user-space */

struct net_device_ops { 
        int                     (*ndo_init)(struct net_device *dev); 
        void                    (*ndo_uninit)(struct net_device *dev); 
        int                     (*ndo_open)(struct net_device *dev); 
        int                     (*ndo_stop)(struct net_device *dev); 
        netdev_tx_t             (*ndo_start_xmit) (struct sk_buff *skb, 
                                                   struct net_device *dev); 
        ...
        struct net_device_stats* (*ndo_get_stats)(struct net_device *dev);
        ...
}

struct net_device { 
   char  name[ IFNAMSIZ ] ; 
...
   unsigned long  base_addr; /* device I/O address */ 
   unsigned int   irq;       /* device IRQ number  */ 
...
   unsigned       mtu;       /* interface MTU value     */ 
   unsigned short type;      /* interface hardware type */ 
...
   struct net_device_stats stats;
   struct list_head dev_list;
...
   /* Interface address info. */ 
   unsigned char  perm_addr[ MAX_ADDR_LEN ]; /* permanent hw address    */ 
   unsigned char  addr_len;                  /* hardware address length */ 
...
}

...
#define ARPHRD_ETHER       1    /* Ethernet 10Mbps           */
...
#define ARPHRD_ARCNET      7    /* ARCnet                    */ 
...
#define ARPHRD_IEEE1394   24    /* IEEE 1394 IPv4 - RFC 2734 */
...
#define ARPHRD_IEEE80211 801    /* IEEE 802.11               */

/*     netdev_priv - access network device private data 
 *     Get network device private data 
 */ 
static inline void *netdev_priv( const struct net_device *dev ) { 
        return (char *)dev + ALIGN( sizeof( struct net_device ), NETDEV_ALIGN ); 
} 

Модуль виртуального интерфейса

#include <linux/module.h> 
#include <linux/version.h>
#include <linux/netdevice.h> 
#include <linux/etherdevice.h> 
#include <linux/moduleparam.h> 
#include <net/arp.h> 

#define ERR(...) printk( KERN_ERR "! "__VA_ARGS__ ) 
#define LOG(...) printk( KERN_INFO "! "__VA_ARGS__ ) 

static char* link = "eth0";      // имя родительского интерфейса
module_param( link, charp, 0 ); 
static char* ifname = "virt";    // имя создаваемого интерфейса
module_param( ifname, charp, 0 ); 

static struct net_device *child = NULL; 
struct priv { 
   struct net_device_stats stats; 
   struct net_device *parent; 
}; 

static rx_handler_result_t handle_frame( struct sk_buff **pskb ) { 
   struct sk_buff *skb = *pskb; 
   if( child ) { 
      struct priv *priv = netdev_priv( child ); 
      priv->stats.rx_packets++; 
      priv->stats.rx_bytes += skb->len; 
      LOG( "rx: injecting frame from %s to %s", skb->dev->name, child->name ); 
      skb->dev = child; 
      return RX_HANDLER_ANOTHER; 
   } 
   return RX_HANDLER_PASS; 
} 

static int open( struct net_device *dev ) { 
   netif_start_queue( dev ); 
   LOG( "%s: device opened", dev->name ); 
   return 0; 
} 

static int stop( struct net_device *dev ) { 
   netif_stop_queue( dev ); 
   LOG( "%s: device closed", dev->name ); 
   return 0; 
} 

static netdev_tx_t start_xmit( struct sk_buff *skb, struct net_device *dev ) { 
   struct priv *priv = netdev_priv( dev ); 
   priv->stats.tx_packets++; 
   priv->stats.tx_bytes += skb->len; 
   if( priv->parent ) { 
      skb->dev = priv->parent; 
      skb->priority = 1; 
      dev_queue_xmit( skb ); 
      LOG( "tx: injecting frame from %s to %s", dev->name, skb->dev->name ); 
      return 0; 
   } 
   return NETDEV_TX_OK; 
} 

static struct net_device_stats *get_stats( struct net_device *dev ) { 
   return &( (struct priv*)netdev_priv( dev ) )->stats; 
} 

static struct net_device_ops crypto_net_device_ops = { 
   .ndo_open = open, 
   .ndo_stop = stop, 
   .ndo_get_stats = get_stats, 
   .ndo_start_xmit = start_xmit, 
}; 

static void setup( struct net_device *dev ) { 
   int j; 
   ether_setup( dev ); 
   memset( netdev_priv(dev), 0, sizeof( struct priv ) ); 
   dev->netdev_ops = &crypto_net_device_ops; 
   for( j = 0; j < ETH_ALEN; ++j ) // fill in the MAC address with a phoney 
      dev->dev_addr[ j ] = (char)j; 
} 

int __init init( void ) { 
   int err = 0; 
   struct priv *priv; 
   char ifstr[ 40 ]; 
   sprintf( ifstr, "%s%s", ifname, "%d" ); 
#if (LINUX_VERSION_CODE < KERNEL_VERSION(3, 17, 0)) 
   child = alloc_netdev( sizeof( struct priv ), ifstr, setup ); 
#else 
   child = alloc_netdev( sizeof( struct priv ), ifstr, NET_NAME_UNKNOWN, setup ); 
#endif 
   if( child == NULL ) { 
      ERR( "%s: allocate error", THIS_MODULE->name ); return -ENOMEM; 
   } 
   priv = netdev_priv( child ); 
   priv->parent = __dev_get_by_name( &init_net, link ); // parent interface  
   if( !priv->parent ) { 
      ERR( "%s: no such net: %s", THIS_MODULE->name, link ); 
      err = -ENODEV; goto err; 
   } 
   if( priv->parent->type != ARPHRD_ETHER && priv->parent->type != ARPHRD_LOOPBACK ) { 
      ERR( "%s: illegal net type", THIS_MODULE->name ); 
      err = -EINVAL; goto err; 
   } 
   /* also, and clone its IP, MAC and other information */ 
   memcpy( child->dev_addr, priv->parent->dev_addr, ETH_ALEN ); 
   memcpy( child->broadcast, priv->parent->broadcast, ETH_ALEN ); 
   if( ( err = dev_alloc_name( child, child->name ) ) ) { 
      ERR( "%s: allocate name, error %i", THIS_MODULE->name, err ); 
      err = -EIO; goto err; 
   } 
   register_netdev( child ); 
   rtnl_lock(); 
   netdev_rx_handler_register( priv->parent, &handle_frame, NULL ); 
   rtnl_unlock(); 
   LOG( "module %s loaded", THIS_MODULE->name ); 
   LOG( "%s: create link %s", THIS_MODULE->name, child->name ); 
   LOG( "%s: registered rx handler for %s", THIS_MODULE->name, priv->parent->name ); 
   return 0; 
err: 
   free_netdev( child ); 
   return err; 
} 

void __exit exit( void ) { 
   struct priv *priv = netdev_priv( child ); 
   if( priv->parent ) { 
      rtnl_lock(); 
      netdev_rx_handler_unregister( priv->parent ); 
      rtnl_unlock(); 
      LOG( "unregister rx handler for %s\n", priv->parent->name ); 
   } 
   unregister_netdev( child ); 
   free_netdev( child ); 
   LOG( "module %s unloaded", THIS_MODULE->name ); 
} 

module_init( init ); 
module_exit( exit ); 

MODULE_AUTHOR( "Oleg Tsiliuric" ); 
MODULE_AUTHOR( "Nikita Dorokhin" ); 
MODULE_LICENSE( "GPL v2" ); 
MODULE_VERSION( "2.1" ); 

• После создания интерфейса alloc_netdev() мы связываем его операции через таблицу crypto_net_device_ops. Здесь определены операции (поля): .ndo_open и .ndo_stop (которые вызываются при запуске и остановке интерфейса командой ifconfig up/down), .ndo_get_stats (запрос статистики интерфейса) и .ndo_start_xmit (передача пакета).
• Через приватную область данных мы сохраняем связь с родительским интерфейсом в нами определённой структуре struct priv (в файлах примеров показано несколько различных вариантов использования приватной области для связывания).
• В таблице операций нет (да и быть не может по логике) функции приёма сокетных буферов. Но вызовом netdev_rx_handler_register() (который появился только в ядре 2.6.36) мы можем добавить в очередь обработки принимаемых пакетов (для родительского интерфейса) собственную функцию-фильтр handle_frame(), которая будет вызываться для каждого приходящего с этого интерфейса пакета.
• На время добавления фильтра к очереди, нам необходимо кратковременно заблокировать доступ к очереди (иначе нас может ожидать аварийный результат). Это достигается вызовами rtnl_lock() и rtnl_unlock().
• При передаче исходящего сокетного буфера в сеть (функция start_xmit()) мы просто подменяем в структуре сокетного буфера интерфейс, через который физически должна производиться отправка.
• При приёме, наоборот, сокетные буфера, создаваемые в родительском интерфейсе, подменяются на виртуальный.

Как это работает?

$ ip addr show dev p7p1
3: p7p1: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 1500 qdisc pfifo_fast state UP qlen 1000
    link/ether 08:00:27:9e:02:02 brd ff:ff:ff:ff:ff:ff
    inet 192.168.56.101/24 brd 192.168.56.255 scope global p7p1
    inet6 fe80::a00:27ff:fe9e:202/64 scope link
    valid_lft forever preferred_lft forever 

$ sudo insmod virt2.ko link=p7p1 
$ sudo ifconfig virt0 192.168.50.2 
$ ifconfig virt0 
virt0     Link encap:Ethernet  HWaddr 08:00:27:9E:02:02 
          inet addr:192.168.50.2  Bcast:192.168.50.255  Mask:255.255.255.0 
          inet6 addr: fe80::a00:27ff:fe9e:202/64 Scope:Link 
          UP BROADCAST RUNNING MULTICAST  MTU:1500  Metric:1 
          RX packets:0 errors:0 dropped:0 overruns:0 frame:0 
          TX packets:27 errors:0 dropped:0 overruns:0 carrier:0 
          collisions:0 txqueuelen:1000 
          RX bytes:0 (0.0 b)  TX bytes:5027 (4.9 KiB) 

$ sudo ifconfig vboxnet0:1 192.168.50.1
$ ifconfig 
... 
vboxnet0  Link encap:Ethernet  HWaddr 0A:00:27:00:00:00  
          inet addr:192.168.56.1  Bcast:192.168.56.255  Mask:255.255.255.0 
          inet6 addr: fe80::800:27ff:fe00:0/64 Scope:Link 
          UP BROADCAST RUNNING MULTICAST  MTU:1500  Metric:1 
          RX packets:0 errors:0 dropped:0 overruns:0 frame:0 
          TX packets:223 errors:0 dropped:0 overruns:0 carrier:0 
          collisions:0 txqueuelen:1000 
          RX bytes:0 (0.0 b)  TX bytes:36730 (35.8 KiB) 
vboxnet0:1 Link encap:Ethernet  HWaddr 0A:00:27:00:00:00  
          inet addr:192.168.50.1  Bcast:192.168.50.255  Mask:255.255.255.0 
          UP BROADCAST RUNNING MULTICAST  MTU:1500  Metric:1  

$ ping 192.168.50.1 
PING 192.168.50.1 (192.168.50.1) 56(84) bytes of data. 
64 bytes from 192.168.50.1: icmp_req=1 ttl=64 time=0.371 ms 
64 bytes from 192.168.50.1: icmp_req=2 ttl=64 time=0.210 ms 
64 bytes from 192.168.50.1: icmp_req=3 ttl=64 time=0.184 ms 
64 bytes from 192.168.50.1: icmp_req=4 ttl=64 time=0.242 ms 
^C 
--- 192.168.50.1 ping statistics --- 
4 packets transmitted, 4 received, 0% packet loss, time 3001ms 
rtt min/avg/max/mdev = 0.184/0.251/0.371/0.074 ms 
$ sudo tcpdump -i virt0 
tcpdump: verbose output suppressed, use -v or -vv for full protocol decode 
listening on virt0, link-type EN10MB (Ethernet), capture size 65535 bytes 
00:13:02.228615 IP 192.168.50.1 > 192.168.50.2: ICMP echo request, id 5609, seq 1, length 64 
00:13:02.228716 ARP, Request who-has 192.168.50.1 tell 192.168.50.2, length 28 
00:13:02.228786 ARP, Reply 192.168.50.1 is-at 0a:00:27:00:00:00 (oui Unknown), length 46 
00:13:02.228803 IP 192.168.50.2 > 192.168.50.1: ICMP echo reply, id 5609, seq 1, length 64 
00:13:03.227996 IP 192.168.50.1 > 192.168.50.2: ICMP echo request, id 5609, seq 2, length 64 
00:13:03.228059 IP 192.168.50.2 > 192.168.50.1: ICMP echo reply, id 5609, seq 2, length 64 
00:13:04.228016 IP 192.168.50.1 > 192.168.50.2: ICMP echo request, id 5609, seq 3, length 64 
...
00:14:09.236014 ARP, Request who-has 192.168.50.2 tell 192.168.50.1, length 46 
00:14:09.236052 ARP, Reply 192.168.50.2 is-at 08:00:27:9e:02:02 (oui Unknown), length 28 
tcpdump: pcap_loop: The interface went down 
16 packets captured 
16 packets received by filter 
0 packets dropped by kernel 

$ ssh 192.168.50.2 
Nasty PTR record "192.168.50.2" is set up for 192.168.50.2, ignoring 
olej@192.168.50.2's password: 
Last login: Tue Apr  3 10:21:28 2012 from 192.168.1.5 
$ uname -a 
Linux fedora16vm.localdomain 3.3.0-8.fc16.i686 #1 SMP Thu Mar 29 18:33:55 UTC 2012 i686 i686 i386 GNU/Linux 
$ exit 
logout 
Connection to 192.168.50.2 closed. 
$

Что дальше?

• В фильтрах (и приёма и передачи) анализировать поле IP-адреса в структуре сокетного буфере и производить подмену интерфейса только для IP, принадлежащего виртуальному интерфейсу.
• На приёме разделить обработку сокетных буферов, соответствующим протоколам IP и ARP, потому как структуры данных этих протоколов, естественно, отличаются (поле struct sk_buff*->protocol).

$ ping 192.168.50.2 
PING 192.168.50.2 (192.168.50.2) 56(84) bytes of data. 
64 bytes from 192.168.50.2: icmp_req=1 ttl=64 time=0.473 ms 
64 bytes from 192.168.50.2: icmp_req=2 ttl=64 time=0.256 ms 
64 bytes from 192.168.50.2: icmp_req=3 ttl=64 time=0.281 ms 
^C 
--- 192.168.50.2 ping statistics --- 
3 packets transmitted, 3 received, 0% packet loss, time 1999ms 
rtt min/avg/max/mdev = 0.256/0.336/0.473/0.099 ms 
$ ping 192.168.56.101 
PING 192.168.56.101 (192.168.56.101) 56(84) bytes of data. 
64 bytes from 192.168.56.101: icmp_req=1 ttl=64 time=2.63 ms 
64 bytes from 192.168.56.101: icmp_req=2 ttl=64 time=0.306 ms 
64 bytes from 192.168.56.101: icmp_req=3 ttl=64 time=0.225 ms 
^C 
--- 192.168.56.101 ping statistics --- 
3 packets transmitted, 3 received, 0% packet loss, time 2002ms 
rtt min/avg/max/mdev = 0.225/1.053/2.630/1.115 ms 
$ dmesg | tail -n19 
[58382.498200] virt0: no IPv6 routers present 
[58391.368273] device virt0 entered promiscuous mode 
[58409.904046] ! rx: IP4 to IP=192.168.50.2 
[58409.904050] ! rx: injecting frame from p7p1 to virt0 
[58409.904197] ! tx: injecting frame from virt0 to p7p1 
[58409.904212] ! rx: ARP for 192.168.50.2 
[58409.904214] ! rx: injecting frame from p7p1 to virt0 
[58409.904262] ! tx: injecting frame from virt0 to p7p1 
[58410.903427] ! rx: IP4 to IP=192.168.50.2 
[58410.903431] ! rx: injecting frame from p7p1 to virt0 
[58410.903531] ! tx: injecting frame from virt0 to p7p1 
[58411.903447] ! rx: IP4 to IP=192.168.50.2 
[58411.903451] ! rx: injecting frame from p7p1 to virt0 
[58411.903547] ! tx: injecting frame from virt0 to p7p1 
[58414.694485] ! rx: ARP for 192.168.56.101 
[58414.696846] ! rx: IP4 to IP=192.168.56.101 
[58415.696508] ! rx: IP4 to IP=192.168.56.101 
[58416.696572] ! rx: IP4 to IP=192.168.56.101 
[58419.712245] ! rx: ARP for 192.168.56.101