windows ndis 详解

1.Windows NDIS详细讲解

网络驱动程序接口规范(Network Driver Interface Specification, NDIS)是Microsoft Windows操作系统中的一个关键组件，它为网络硬件和协议之间提供了一个标准化的接口。本文将深入探讨NDIS的概念、结构、功能以及在现代网络通信中的重要性。

1. NDIS简介

NDIS最初由Microsoft和3Com公司共同开发，旨在为网络适配器驱动程序提供一个标准化的接口。它作为网络堆栈中的中间层，连接了上层的网络协议和下层的硬件驱动程序。通过NDIS，开发人员可以编写与硬件无关的网络协议，同时硬件制造商也可以开发与协议无关的设备驱动程序。

2. NDIS的架构

NDIS架构主要包含以下几个关键组件：

a) 协议驱动程序：实现网络协议（如TCP/IP、NetBEUI等）的软件模块。
b) 中间层驱动程序：位于协议驱动程序和微端口驱动程序之间，提供额外的功能（如过滤、负载均衡等）。
c) 微端口驱动程序：直接与网络适配器硬件交互的驱动程序。
d) NDIS库：提供标准化的函数和接口，供各种驱动程序使用。

3. NDIS的版本演进

自诞生以来，NDIS经历了多个版本的演进：

- NDIS 3.0：Windows 95/98中使用的版本。
- NDIS 4.0：引入于Windows 98 SE和Windows 2000，提供了更好的性能和新功能。
- NDIS 5.0：随Windows XP发布，增加了对无线网络的支持。
- NDIS 5.1：在Windows XP SP2中引入，增强了安全性。
- NDIS 6.0：随Windows Vista发布，带来了重大的架构变化和性能提升。
- NDIS 6.20/6.30：分别随Windows 7和Windows 8发布，进一步优化和扩展功能。

4. NDIS 6.x的主要特性

NDIS 6.x版本引入了许多重要的改进和新特性：

a) 发送和接收扩展：允许驱动程序处理更大的数据包，提高网络吞吐量。
b) 扩展状态指示：提供更详细的网络状态信息。
c) 过滤驱动程序：取代了旧版本中的中间层驱动程序，提供更灵活的数据包处理能力。
d) 电源管理增强：改进了网络适配器的节能功能。
e) 虚拟化支持：为虚拟机环境中的网络通信提供更好的支持。

5. NDIS驱动程序的开发

开发NDIS驱动程序需要深入理解Windows驱动程序模型和网络通信原理。以下是开发NDIS驱动程序的一般步骤：

a) 选择适当的NDIS版本和驱动程序类型（微端口、协议或过滤器）。
b) 实现必要的NDIS函数和回调。
c) 处理初始化、数据包发送/接收、状态查询等操作。
d) 实现电源管理和即插即用功能。
e) 进行全面的测试和调试。

Microsoft提供了Windows Driver Kit (WDK)，其中包含了NDIS驱动程序开发所需的工具、文档和示例代码。

6. NDIS在网络安全中的应用

NDIS在网络安全领域也扮演着重要角色。通过开发NDIS过滤驱动程序，安全软件可以实现以下功能：

a) 数据包检查和过滤：拦截可疑的网络流量。
b) 入侵检测和防御：识别和阻止潜在的网络攻击。
c) 网络行为分析：监控和记录网络活动。
d) 虚拟专用网络(VPN)：实现安全的远程访问。

7. NDIS的性能优化

为了提高网络性能，NDIS提供了多种优化技术：

a) 接收端扩展(RSC)：在网络适配器级别合并小数据包，减少CPU负载。
b) 虚拟机队列(VMQ)：为虚拟机环境优化网络性能。
c) 数据包合并：减少中断次数，提高吞吐量。
d) 校验和卸载：将校验和计算任务转移到网络适配器硬件。

8. NDIS的未来发展

随着网络技术的不断进步，NDIS也在持续演进。未来的发展方向可能包括：

a) 更好的5G和物联网支持。
b) 增强的网络虚拟化功能。
c) 改进的安全特性，如内置的加密和认证机制。
d) 更高效的电源管理，适应移动设备的需求。
e) 对新兴网络协议的支持。

结论

NDIS作为Windows网络架构的核心组件，在现代计算中扮演着至关重要的角色。它不仅简化了网络驱动程序的开发，还为网络通信提供了灵活性、可扩展性和性能优化。随着网络技术的不断发展，NDIS将继续演进，以满足未来网络通信的需求。无论是网络管理员、驱动程序开发者还是网络安全专家，深入理解NDIS都是提高专业技能的重要一步。

2. 深入探讨网络驱动程序接口

网络驱动程序接口规范（Network Driver Interface Specification，简称NDIS）是Microsoft Windows操作系统中用于网络接口卡（NIC）驱动程序的标准应用程序编程接口（API）。NDIS在网络硬件和协议之间充当中间层，为开发人员提供了一个统一的接口，使得网络驱动程序的开发变得更加简单和标准化。本文将深入探讨NDIS的概念，并通过具体示例说明如何在Windows环境下进行NDIS驱动程序的开发。

1. NDIS简介

NDIS最初由Microsoft和3Com公司共同开发，旨在为Windows操作系统提供一个标准化的网络驱动程序接口。通过NDIS，硬件制造商可以开发单一的驱动程序，适用于多种网络协议；同时，协议开发人员也可以编写能够与各种网络适配器配合使用的协议驱动程序。

NDIS的主要优势包括：
- 简化驱动程序开发过程
- 提高系统的兼容性和可移植性
- 降低硬件依赖性
- 支持多种网络协议和技术

2. NDIS架构

NDIS架构主要包含以下几个关键组件：

a) NDIS库：提供了一组函数和数据结构，用于协议驱动程序和微型端口驱动程序之间的通信。

b) 协议驱动程序：实现网络协议（如TCP/IP）的软件模块。

c) 中间层驱动程序：位于协议驱动程序和微型端口驱动程序之间，提供额外的功能（如过滤或虚拟化）。

d) 微型端口驱动程序：直接与网络硬件交互的底层驱动程序。

3. NDIS驱动程序开发示例

下面，我们将通过一个简单的NDIS微型端口驱动程序示例来说明开发过程。这个示例将实现一个基本的虚拟网络适配器。

步骤1：设置开发环境

首先，确保您的系统上安装了Windows Driver Kit (WDK)和Visual Studio。这些工具对于NDIS驱动程序的开发是必不可少的。

步骤2：创建项目

在Visual Studio中创建一个新的NDIS驱动程序项目。选择"驱动程序"→"WDK"→"NDIS驱动程序"作为项目类型。

步骤3：实现必要的函数

对于一个基本的NDIS微型端口驱动程序，需要实现以下关键函数：

a) DriverEntry：驱动程序的入口点
```c
NTSTATUS DriverEntry(
    PDRIVER_OBJECT  DriverObject,
    PUNICODE_STRING RegistryPath
)
{
    NDIS_STATUS status;
    NDIS_MINIPORT_DRIVER_CHARACTERISTICS miniportCharacteristics;

    // 初始化微型端口特性结构
    NdisZeroMemory(&miniportCharacteristics, sizeof(NDIS_MINIPORT_DRIVER_CHARACTERISTICS));
    miniportCharacteristics.Header.Type = NDIS_OBJECT_TYPE_MINIPORT_DRIVER_CHARACTERISTICS;
    miniportCharacteristics.Header.Size = sizeof(NDIS_MINIPORT_DRIVER_CHARACTERISTICS);
    miniportCharacteristics.Header.Revision = NDIS_MINIPORT_DRIVER_CHARACTERISTICS_REVISION_2;

    miniportCharacteristics.MiniportInitializeEx = MPInitializeEx;
    miniportCharacteristics.MiniportHaltEx = MPHaltEx;
    // 设置其他必要的回调函数

    // 注册微型端口驱动程序
    status = NdisMRegisterMiniportDriver(DriverObject,
                                         RegistryPath,
                                         NULL,
                                         &miniportCharacteristics,
                                         &NdisMiniportDriverHandle);

    return status;
}
```

b) MPInitializeEx：初始化微型端口适配器
```c
NDIS_STATUS MPInitializeEx(
    NDIS_HANDLE                 MiniportAdapterHandle,
    NDIS_HANDLE                 MiniportDriverContext,
    PNDIS_MINIPORT_INIT_PARAMETERS MiniportInitParameters
)
{
    NDIS_STATUS status = NDIS_STATUS_SUCCESS;
    NDIS_MINIPORT_ADAPTER_ATTRIBUTES miniportAttributes;

    // 初始化适配器属性
    NdisZeroMemory(&miniportAttributes, sizeof(NDIS_MINIPORT_ADAPTER_ATTRIBUTES));
    miniportAttributes.RegistrationAttributes.MiniportAdapterContext = MiniportAdapterHandle;
    miniportAttributes.RegistrationAttributes.AttributeFlags = NDIS_MINIPORT_ATTRIBUTES_HARDWARE_DEVICE;

    // 注册适配器
    status = NdisMSetMiniportAttributes(MiniportAdapterHandle, &miniportAttributes);

    return status;
}
```

c) MPHaltEx：停止微型端口适配器
```c
VOID MPHaltEx(
    NDIS_HANDLE MiniportAdapterContext,
    NDIS_HALT_ACTION HaltAction
)
{
    // 执行清理操作
    // 释放资源
}
```

步骤4：实现其他必要的功能

根据您的具体需求，实现发送、接收、查询信息等功能。例如：

```c
NDIS_STATUS MPSendNetBufferLists(
    NDIS_HANDLE MiniportAdapterContext,
    PNET_BUFFER_LIST NetBufferLists,
    NDIS_PORT_NUMBER PortNumber,
    ULONG SendFlags
)
{
    // 实现数据包发送逻辑
}

VOID MPReturnNetBufferLists(
    NDIS_HANDLE MiniportAdapterContext,
    PNET_BUFFER_LIST NetBufferLists,
    ULONG ReturnFlags
)
{
    // 处理返回的网络缓冲区列表
}
```

步骤5：编译和测试

使用Visual Studio编译您的驱动程序，并在测试环境中进行安装和测试。确保遵循Microsoft的驱动程序测试和认证指南。

4. 最佳实践和注意事项

在开发NDIS驱动程序时，请注意以下几点：

- 严格遵循NDIS规范和Windows驱动程序开发指南
- 充分考虑多处理器环境下的同步问题
- 正确处理资源分配和释放，避免内存泄漏
- 实现适当的错误处理和日志记录机制
- 定期使用Windows驱动程序验证工具进行检查
- 考虑不同Windows版本的兼容性问题

5. 结论

NDIS为Windows环境下的网络驱动程序开发提供了强大而灵活的框架。通过遵循NDIS规范和最佳实践，开发人员可以创建高效、可靠的网络驱动程序。本文通过一个基本的微型端口驱动程序示例，展示了NDIS驱动程序开发的核心概念和步骤。然而，实际的驱动程序开发往往更为复杂，需要考虑更多的细节和边界情况。

随着技术的不断发展，NDIS也在持续演进。开发人员应当密切关注Microsoft发布的最新文档和指南，以确保他们的驱动程序能够充分利用新特性并保持与最新Windows版本的兼容性。

总之，NDIS驱动程序开发是一个既有挑战性又有回报的领域。通过深入理解NDIS架构和精心设计的驱动程序，开发人员可以为Windows生态系统贡献高质量的网络解决方案，推动网络技术的进步。