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Linux網橋源碼框架分析初步
發表于：2007-05-26來源：作者：點擊數：
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今天處理網橋的STP的問題遇到了麻煩，對這個東東理論的倒是看了不少，沒有真真學習到它的源理，來看 Linux 的實現，手頭沒有資料，看了兩個鐘頭，只把網橋的框架結構看完，所以想先貼出來，希望有研究這塊的大哥們討論，繼續把它寫完，九賤好學習一下： 版本
今天處理網橋的STP的問題遇到了麻煩，對這個東東理論的倒是看了不少，沒有真真學習到它的源理，來看Linux的實現，手頭沒有資料，看了兩個鐘頭，只把網橋的框架結構看完，所以想先貼出來，希望有研究這塊的大哥們討論，繼續把它寫完，九賤好學習一下：版本：Linux 2.4.18
一、調用
在src/net/core/dev.c的軟中斷函數static void net_rx_action(struct softirq_action *h)中：
line 1479
#if defined(CONFIG_BRIDGE) || defined(CONFIG_BRIDGE_MODULE)
if (skb->dev->br_port != NULL &&
br_handle_frame_hook != NULL) {
handle_bridge(skb, pt_prev);
dev_put(rx_dev);
continue;
}
#endif
如果定義了網橋或網橋模塊，則由handle_bridge函數處理
skb->dev->br_port ：接收該數據包的端口是網橋端口組的一員
br_handle_frame_hook ：定義了網橋處理函數
二、初始化
src/net/bridge/br.c：
static int __init br_init(void)
{
printk(KERN_INFO "NET4: Ethernet Bridge 008 for NET4.0\n";
br_handle_frame_hook = br_handle_frame;
br_ioctl_hook = br_ioctl_deviceless_stub;
#if defined(CONFIG_ATM_LANE) || defined(CONFIG_ATM_LANE_MODULE)
br_fdb_get_hook = br_fdb_get;
br_fdb_put_hook = br_fdb_put;
#endif
register_netdevice_notifier(&br_device_notifier);
return 0;
}
初始化函數指明了網橋的處理函數是br_handle_frame
ioctl處理函數是：br_ioctl_deviceless_stub
三、br_handle_frame(br_input.c)
/*網橋處理函數*/
void br_handle_frame(struct sk_buff *skb)
{
struct net_bridge *br;
unsigned char *dest;
struct net_bridge_port *p;
/*獲取目的MAC地址*/
dest = skb->mac.ethernet->h_dest;
/*skb->dev->br_port用于指定接收該數據包的端口，若不是屬于網橋的端口，則為NULL*/
p = skb->dev->br_port;
if (p == NULL) /*端口不是網橋組端口中*/
goto err_nolock;
/*本端口所屬的網橋組*/
br = p->br;
/*加鎖，因為在轉發中需要讀CAM表，所以必須加讀鎖，避免在這個過程中另外的內核控制路徑(如多處理機上另外一個CPU上的系統調用)修改CAM表*/
read_lock(&br->lock);
if (skb->dev->br_port == NULL) /*前面判斷過的*/
goto err;
/*br->dev是網橋的虛擬網卡，如果它未UP，或網橋DISABLED,p->state實際上是橋的當前端口的STP計算判斷后的狀態*/
if (!(br->dev.flags & IFF_UP) ||
p->state == BR_STATE_DISABLED)
goto err;
/*源MAC地址為255.X.X.X，即源MAC是多播或廣播，丟棄之*/
if (skb->mac.ethernet->h_source[0] & 1)
goto err;
/*眾所周之，網橋之所以是網橋，比HUB更智能，是因為它有一個MAC-PORT的表，這樣轉發數據就不用廣播，而查表定端口就可以了
每次收到一個包，網橋都會學習其來源MAC，添加進這個表。Linux中這個表叫CAM表(這個名字是其它資料上看的)。
如果橋的狀態是LEARNING或FORWARDING(學習或轉發)，則學習該包的源地址skb->mac.ethernet->h_source，
將其添加到CAM表中，如果已經存在于表中了，則更新定時器，br_fdb_insert完成了這一過程*/
if (p->state == BR_STATE_LEARNING ||
p->state == BR_STATE_FORWARDING)
br_fdb_insert(br, p, skb->mac.ethernet->h_source, 0);
/*STP協議的BPDU包的目的MAC采用的是多播目標MAC地址：從01-80-c2-00-00-00（Bridge_group_addr：網橋組多播地址）開始
所以這里是如果開啟了STP，而當前數據包又是一個BPDU
(!memcmp(dest, bridge_ula, 5)， unsigned char bridge_ula[6] = { 0x01, 0x80, 0xc2, 0x00, 0x00, 0x00 }，
則交由相應函數處理*/
if (br->stp_enabled &&
/* 這里只比較前5個字節，沒有仔細研究過STP是使用了全部多播地址（從0 1 : 0 0 : 5 e : 0 0 : 0 0 : 0 0到0 1 : 0 0 : 5 e : 7 f : ff : ff。），還是只使用了一部份，這里看來似乎只是一部份，沒去深究了*/
!memcmp(dest, bridge_ula, 5) &&
!(dest[5] & 0xF0)) /*01-80-c2-00-00-F0 是一個什么地址？為什么要判斷呢？*/
goto handle_special_frame;
/*處理鉤子函數，然后轉交br_handle_frame_finish函數繼續處理*/
if (p->state == BR_STATE_FORWARDING) {
NF_HOOK(PF_BRIDGE, NF_BR_PRE_ROUTING, skb, skb->dev, NULL,
br_handle_frame_finish);
read_unlock(&br->lock);
return;
}
err:
read_unlock(&br->lock);
err_nolock:
kfree_skb(skb);
return;
handle_special_frame:
if (!dest[5]) {
br_stp_handle_bpdu(skb);
return;
}
kfree_skb(skb);
}
四、br_handle_frame_finish
static int br_handle_frame_finish(struct sk_buff *skb)
{
struct net_bridge *br;
unsigned char *dest;
struct net_bridge_fdb_entry *dst;
struct net_bridge_port *p;
int passedup;
/*前面基本相同*/
dest = skb->mac.ethernet->h_dest;
p = skb->dev->br_port;
if (p == NULL)
goto err_nolock;
br = p->br;
read_lock(&br->lock);
if (skb->dev->br_port == NULL)
goto err;
passedup = 0;
/*如果網橋的虛擬網卡處于混雜模式，那么每個接收到的數據包都需要克隆一份
送到AF_PACKET協議處理體(網絡軟中斷函數net_rx_action中ptype_all鏈的處理)。*/
if (br->dev.flags & IFF_PROMISC) {
struct sk_buff *skb2;
skb2 = skb_clone(skb, GFP_ATOMIC);
if (skb2 != NULL) {
passedup = 1;
br_pass_frame_up(br, skb2);
}
}
/*目的MAC為廣播或多播，則需要向本機的上層協議棧傳送這個數據包，這里有一個標志變量passedup
用于表示是否傳送過了，如果已傳送過，那就算了*/
if (dest[0] & 1) {
br_flood_forward(br, skb, !passedup);
if (!passedup)
br_pass_frame_up(br, skb);
goto out;
}
/*Linux中的MAC-PORT表是CAM表，這里根據目的地址來查表，以確定由哪個接口把包轉發出去
每一個表項是通過結構struct net_bridge_fdb_entry來描述的：
struct net_bridge_fdb_entry
{
struct net_bridge_fdb_entry *next_hash; //用于CAM表連接的鏈表指針
struct net_bridge_fdb_entry **pprev_hash; //為什么是pprev不是prev呢？還沒有仔細去研究
atomic_t use_count; //此項當前的引用計數器
mac_addr addr; //MAC地址
struct net_bridge_port *dst; //此項所對應的物理端口
unsigned long ageing_timer; //處理MAC超時
unsigned is_local:1; //是否是本機的MAC地址
unsigned is_static:1; //是否是靜態MAC地址
};*/
dst = br_fdb_get(br, dest);
/*查詢CAM表后，如果能夠找到表項，并且目的MAC是到本機的虛擬網卡的，那么就需要把這個包提交給上層協議，
這樣，我們就可以通過這個虛擬網卡的地址來遠程管理網橋了*/
if (dst != NULL && dst->is_local) {
if (!passedup)
br_pass_frame_up(br, skb);
else
kfree_skb(skb);
br_fdb_put(dst);
goto out;
}
/*查到表了，且不是本地虛擬網卡的，轉發之*/
if (dst != NULL) {
br_forward(dst->dst, skb);
br_fdb_put(dst);
goto out;
}
/*如果表里邊查不到，那么只好學習學習HUB了……*/
br_flood_forward(br, skb, 0);
out:
read_unlock(&br->lock);
return 0;
err:
read_unlock(&br->lock);
err_nolock:
kfree_skb(skb);
return 0;
}
基本框架就是這樣了，與那些講網橋原理的書上講的基本差不多……
網橋之所以是網橋，主要靠這兩個函數：
br_fdb_insert
br_fdb_get
一個學習，一個查表；
另外，支持STP，處理BPDU，需要用到函數br_stp_handle_bpdu
哪位有這三個函數的細節分析，可否送九賤一份，免得下午那么辛苦再去啃代碼……
掃了一下 br_fdb_insert，結構還是很清析，如果當前項已存在于hash表項中，則更新它（__fdb_possibly_replace），如果是新項，則插入，實際是一個雙向鏈表的維護過程（__hash_link）：
void br_fdb_insert(struct net_bridge *br,
struct net_bridge_port *source,
unsigned char *addr,
int is_local)
{
struct net_bridge_fdb_entry *fdb;
int hash;
hash = br_mac_hash(addr);
write_lock_bh(&br->hash_lock);
fdb = br->hash[hash];
while (fdb != NULL) {
if (!fdb->is_local &&
!memcmp(fdb->addr.addr, addr, ETH_ALEN)) {
__fdb_possibly_replace(fdb, source, is_local);
write_unlock_bh(&br->hash_lock);
return;
}
fdb = fdb->next_hash;
}
fdb = kmalloc(sizeof(*fdb), GFP_ATOMIC);
if (fdb == NULL) {
write_unlock_bh(&br->hash_lock);
return;
}
memcpy(fdb->addr.addr, addr, ETH_ALEN);
atomic_set(&fdb->use_count, 1);
fdb->dst = source;
fdb->is_local = is_local;
fdb->is_static = is_local;
fdb->ageing_timer = jiffies;
__hash_link(br, fdb, hash);
write_unlock_bh(&br->hash_lock);
}
同樣，查表也是一個遍歷鏈表，進行地址匹配的過程：
struct net_bridge_fdb_entry *br_fdb_get(struct net_bridge *br, unsigned char *addr)
{
struct net_bridge_fdb_entry *fdb;
read_lock_bh(&br->hash_lock);
fdb = br->hash[br_mac_hash(addr)];
while (fdb != NULL) {
if (!memcmp(fdb->addr.addr, addr, ETH_ALEN)) {
if (!has_expired(br, fdb)) {
atomic_inc(&fdb->use_count);
read_unlock_bh(&br->hash_lock);
return fdb;
}
read_unlock_bh(&br->hash_lock);
return NULL;
}
fdb = fdb->next_hash;
}
read_unlock_bh(&br->hash_lock);
return NULL;
}
