Linux内核分析网络五网桥.docx
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Linux内核分析网络五网桥
看完了路由表，重新回到netif_receive_skb（）函数，在提交给上层协议处理前，会执行下面一句，这就是网桥的相关操作，也是这篇要讲解的内容。
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1.skb = handle_bridge（skb, &pt_prev, &ret, orig_dev）;
skb=handle_bridge（skb,&pt_prev,&ret,orig_dev）;
网桥可以简单理解为交换机，以下图为例，一台linux机器可以看作网桥和路由的结合，网桥将物理上的两个局域网LAN1、LAN2当作一个局域网处理，路由连接了两个子网1.0和2.0。
从eth0和eth1网卡收到的报文在Bridge模块中会被处理成是由Bridge收到的，因此Bridge也相当于一个虚拟网卡。
STP五种状态
DISABLED
BLOCKING
LISTENING
LEARNING
FORWARDING
创建新的网桥br_add_bridge[net\bridge\br_if.c]
当使用SIOCBRADDBR调用ioctl时，会创建新的网桥br_add_bridge。
首先是创建新的网桥：
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1.dev = new_bridge_dev（net, name）;
dev=new_bridge_dev（net,name）;
然后设置dev->dev.type为br_type，而br_type是个全局变量，只初始化了一个名字变量
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1.SET_NETDEV_DEVTYPE（dev, &br_type）;
2.static struct device_type br_type = {
3. .name = "bridge",
4.};
SET_NETDEV_DEVTYPE（dev,&br_type）;
staticstructdevice_typebr_type={
.name="bridge",
};
然后注册新创建的设备dev，网桥就相当一个虚拟网卡设备，注册过的设备用ifconfig就可查看到：
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1.ret = register_netdevice（dev）;
ret=register_netdevice（dev）;
最后在sysfs文件系统中也创建相应项，便于查看和管理：
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1.ret = br_sysfs_addbr（dev）;
ret=br_sysfs_addbr（dev）;
将端口加入网桥br_add_if（）[net\bridge\br_if.c]
当使用SIOCBRADDIF调用ioctl时，会向网卡加入新的端口br_add_if。
创建新的net_bridge_portp，会从br->port_list中分配一个未用的port_no，p->br会指向br，p->state设为BR_STATE_DISABLED。
这里的p实际代表的就是网卡设备。
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1.p = new_nbp（br, dev）;
p=new_nbp（br,dev）;
将新创建的p加入CAM表中，CAM表是用来记录mac地址与物理端口的对应关系；而刚刚创建了p，因此也要加入CAM表中，并且该表项应是local的[关系如下图]，可以看到，CAM表在实现中作为net_bridge的hash表，以addr作为hash值，链入net_bridge_fdb_entry，再由它的dst指向net_bridge_port。
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1.err = br_fdb_insert（br, p, dev->dev_addr）;
err=br_fdb_insert（br,p,dev->dev_addr）;
设备的br_port指向p。
这里要明白的是，net_bridge可以看作全局量，是网桥，而net_bridge_port则是与网卡相对应的端口，因此每个设备dev有个指针br_port指向该端口。
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1.rcu_assign_pointer（dev->br_port, p）;
rcu_assign_pointer（dev->br_port,p）;
将新创建的net_bridge_port加入br的链表port_list中，在创建新的net_bridge_port时，会分配一个未用的port_no，而这个port_no就是根据br->port_list中的已经添加的net_bridge_port来找到未用的port_no的[具体如下图]。
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1.list_add_rcu（&p->list, &br->port_list）;
list_add_rcu（&p->list,&br->port_list）;
重新计算网桥的ID，这里根据br->port_list链表中的net_bridge_port的最小的addr来作为网桥的ID。
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1.br_stp_recalculate_bridge_id（br）;
br_stp_recalculate_bridge_id（br）;
网卡设备的删除br_del_bridge（）与端口的移除add_del_if（）与添加差不多，不再详述。
熟悉了网桥的创建与添加，再来看下网桥是如何工作的。
当收到数据包，通过netif_receive_skb（）->handle_bridge（）处理网桥：
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1.static inline struct sk_buff *handle_bridge（struct sk_buff *skb,
2. struct packet_type **pt_prev, int *ret,
3. struct net_device *orig_dev）
4.{
5. struct net_bridge_port *port;
6.
7. if （skb->pkt_type == PACKET_LOOPBACK ||
8. （port = rcu_dereference（skb->dev->br_port）） == NULL）
9. return skb;
10.
11. if （*pt_prev） {
12. *ret = deliver_skb（skb, *pt_prev, orig_dev）;
13. *pt_prev = NULL;
14. }
15.
16. return br_handle_frame_hook（port, skb）;
17.}
staticinlinestructsk_buff*handle_bridge（structsk_buff*skb,
structpacket_type**pt_prev,int*ret,
structnet_device*orig_dev）
{
structnet_bridge_port*port;
if（skb->pkt_type==PACKET_LOOPBACK||
（port=rcu_dereference（skb->dev->br_port））==NULL）
returnskb;
if（*pt_prev）{
*ret=deliver_skb（skb,*pt_prev,orig_dev）;
*pt_prev=NULL;
}
returnbr_handle_frame_hook（port,skb）;
}
1. 如果报文来自lo设备，或者dev->br_port为空（skb->dev是收到报文的网卡设备，而在向网桥添加端口时，dev->br_port被赋予了创建的与网卡相对应的端口p），此时不需要网桥处理，直接返回报文；
2. 如果报文匹配了之前的ptype_all中的协议，则pt_prev不为空，此时要先进行ptype_all中协议的处理，再进行网桥的处理；
3. br_handle_frame_hook是网桥处理钩子函数，在br_init（）[net\bridge\br.c]中
br_handle_frame_hook=br_handle_frame;
br_handle_frame（）[net\bridge\br_input.c]是真正的网桥处理函数，
下面进入br_handle_frame（）开始网桥部分的处理：
与前面802.1q讲的一样，首先检查users来决定是否复制报文：
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1.skb = skb_share_check（skb, GFP_ATOMIC）;
skb=skb_share_check（skb,GFP_ATOMIC）;
如果报文的目的地址是01:
80:
c2:
00:
00:
0X，则是发往STP的多播地址，此时调用br_handle_local_finish（）来完成报文的进一步处理：
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1.if （unlikely（is_link_local（dest）））{
2.……
3.if （NF_HOOK（PF_BRIDGE, NF_BR_LOCAL_IN, skb, skb->dev,
4. NULL, br_handle_local_finish））
5. return NULL; /* frame consumed by filter */
6. else
7. return skb;
8.}
if（unlikely（is_link_local（dest）））{
……
if（NF_HOOK（PF_BRIDGE,NF_BR_LOCAL_IN,skb,skb->dev,
NULL,br_handle_local_finish））
returnNULL;/*frameconsumedbyfilter*/
else
returnskb;
}
而br_handle_local_finish（）所做的内容很简单，因为是多播报文，主机要做的仅仅是更新报文的源mac与接收端口的关系（在CAM表中）。
viewplaincopytoclipboardprint?
1.static int br_handle_local_finish（struct sk_buff *skb）
2.{
3. struct net_bridge_port *p = rcu_dereference（skb->dev->br_port）;
4.
5. if （p）
6. br_fdb_update（p->br, p, eth_hdr（skb）->h_source）;
7. return 0; /* process further */
8.}
staticintbr_handle_local_finish（structsk_buff*skb）
{
structnet_bridge_port*p=rcu_dereference（skb->dev->br_port）;
if（p）
br_fdb_update（p->br,p,eth_hdr（skb）->h_source）;
return0;/*processfurther*/
}
接着br_handle_frame（）继续往下看，然后根据端口的状态来处理报文，如果端口state=BR_STATE_FORWARDING且设置了br_should_route_hook，则转发后返回skb；否则继续往下执行state=BR_STATE_LEARNING段的代码：
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1.rhook = rcu_dereference（br_should_route_hook）;
2.if （rhook !
= NULL） {
3. if （rhook（skb））
4. return skb;
5. dest = eth_hdr（skb）->h_dest;
6.}
rhook=rcu_dereference（br_should_route_hook）;
if（rhook!
=NULL）{
if（rhook（skb））
returnskb;
dest=eth_hdr（skb）->h_dest;
}
如果端口state=BR_STATE_LEARNING，如果是发往本机的报文，则设置pkt_type为PACKET_HOST，然后执行br_handle_frame_finish来完成报文的进一步处理。
要注意的是，这里将报文发往本机的报文设为PACKET_HOST，实现了经过网桥处理后，再次进入netif_receive_skb（）时，不会再被网桥处理（结果进入网桥的条件理解）：
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1.if （!
compare_ether_addr（p->br->dev->dev_addr, dest））
2. skb->pkt_type = PACKET_HOST;
3.NF_HOOK（PF_BRIDGE, NF_BR_PRE_ROUTING, skb, skb->dev, NULL,
4. br_handle_frame_finish）;
if（!
compare_ether_addr（p->br->dev->dev_addr,dest））
skb->pkt_type=PACKET_HOST;
NF_HOOK（PF_BRIDGE,NF_BR_PRE_ROUTING,skb,skb->dev,NULL,
br_handle_frame_finish）;
除此之外，端口处于不可用状态，此时丢弃掉报文：
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1.kfree_skb（skb）;
kfree_skb（skb）;
下面来详细看下br_handle_frame_finish（）函数。
首先还是会根据收到报文的源mac和端口更新CAM表，这是交换机区别于hub的重要特征：
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1.br_fdb_update（br, p, eth_hdr（skb）->h_source）;
br_fdb_update（br,p,eth_hdr（skb）->h_source）;
然后如果端口处于LEARNING状态，则只是学习到CAM表中，而不对报文作任何处理，所以丢弃掉报文：
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1.if （p->state == BR_STATE_LEARNING）
2. goto drop;
if（p->state==BR_STATE_LEARNING）
gotodrop;
否则端口已处于FORWARDING状态，此时分情况：
1. 如果报文是多播的，则br_flood_forward（br,skb,skb2）;
2. 如果报文是单播的，但不在网桥的CAM表中，则br_flood_forward（br,skb,skb2）;
3. 如果报文是单播的，在网桥的CAM表中，但不是发往本机，则br_forward（dst->dst,skb,skb2）;
4. 如果报文是单播的，在网桥的CAM表中，且是发往本机，则br_pass_frame_upbr_pass_frame_up（skb2）;
br_handle_frame_finish（）处理完后，顺着最后一种情况继续往下走，br_pass_frame_up（）。
该函数比较简单，我们知道，在底层报文的向上传递就是通过设备的更换来进行的（参考802.1q），这里将skb的设备换成网桥设备，使上层协议不知道报文来自网卡，而是认为报文来自于网桥；然后调用netif_receive_skb（）再次进入接收栈：
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1.skb->dev = brdev;
2.return NF_HOOK（PF_BRIDGE, NF_BR_LOCAL_IN, skb, indev, NULL,
3. netif_receive_skb）;
skb->dev=brdev;
returnNF_HOOK（PF_BRIDGE,NF_BR_LOCAL_IN,skb,indev,NULL,
netif_receive_skb）;
经过网桥处理后，再次进入netif_receive_skb（）->handle_bridge（），此时skb->dev已经不是网卡设备了，而是网桥设备，注意到在向网桥添加端口时，是相应网卡dev->br_port赋值为创建的端口，网桥设备是没有的，因此其br_port为空，在这一句会直接返回，进入正常的协议栈流程：
viewplaincopytoclipboardprint?
1.if （skb->pkt_type == PACKET_LOOPBACK ||
2. （port = rcu_dereference（skb->dev->br_port）） == NULL）
3. return skb;
if（skb->pkt_type==PACKET_LOOPBACK||
（port=rcu_dereference（skb->dev->br_port））==NULL）
returnskb;
当发送数据报文时，会调用br_dev_xmit（）[net\bridge\br_device.c]，大致会根据目的地址调用br_multicast_deliver（）或br_flood_deliver（）或br_deliver（），在其过程中会将skb->dev由原来的网桥设备brdev换面网卡设备dev，然后通过网卡变更向下传递报文；
内核协议栈中，发送与接收是分离的，接收像是报文脱壳的过程，发送则是函数的嵌套调用。
有关发送的流程，稍后专门详述。
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