linux 网桥分析

Linu 网桥分析1.网桥概念中继器：只是简单的把一个端口所接收的数据复制到另一个端口，且是按位复制的。

多端口的集线器叫做hub网桥：网桥了解链路层协议，是按帧复制数据，而非按位复制。

网桥还具有地址学习的功能，并不是简单的把数据从一个端口转发到其他端口，其会根据学习到的mac地址来决定是否进行转发，如何转发。

2.Linux网桥模型对于linux而言，网桥是虚拟设备。

因此，需要将真实的设备绑定到网桥上，网桥才能正常工作。

网桥设备的数据传输与接收模型如下：如上图，对于数据传输：当上层协议将需要传输的数据发送到网桥设备br0后，br0就会查询转发数据库（FDB），来决定是将数据广播给出去，还是从某个eth口转发出去对于数据接收：从eth0或从eth1接收到的报文被提交给网桥的处理代码，在这里会判断报文该转发、丢弃、或提交到协议栈上层3、数据结构下面是bridge代码中比较主要的数据结构，主要包括网桥、网桥端口、转发数据表项网桥相关的数据结构有Mac地址的数据结构struct mac_addr{unsigned char addr[6];};转发数据表项struct net_bridge_fdb_entry{struct hlist_node hlist;/*将该表项链接到hash表头的指针*/struct net_bridge_port *dst;/*指向目的网桥端口*/struct rcu_head rcu;/*rcu机制使用*/unsigned long ageing_timer;/*aging定时器*/mac_addr addr;/*mac地址*/unsigned char is_local;/*是否是本地mac地址*/unsigned char is_static;/*mac地址是否为静态的标志*/};桥端口struct net_bridge_port{struct net_bridge *br; /*指向该网桥端口所绑定的网桥*/struct net_device *dev;/*指向该网桥端口所绑定的网络设备*/struct list_head list;/*用于将该网桥端口链接到网桥的port_list链表的指针*//* STP */u8 priority;/*端口优先级*/u8 state;/*端口状态，在对数据进行转发时会对该state值进行判断*/ u16 port_no;/*端口号*/unsigned char topology_change_ack;unsigned char config_pending;port_id port_id;/*端口ID*/port_id designated_port;bridge_id designated_root;bridge_id designated_bridge;u32 path_cost;/*端口路径开销*/u32 designated_cost;unsigned long designated_age;/*网桥端口定时器*/struct timer_list forward_delay_timer;struct timer_list hold_timer;struct timer_list message_age_timer;struct kobject kobj;struct rcu_head rcu;unsigned long flags;#define BR_HAIRPIN_MODE 0x00000001};net_bridgestruct net_bridge{spinlock_t lock; //自旋锁，在向net_bridge中增加port节点或改变net_bridge结构时使用struct list_head port_list;//网桥端口列表struct net_device *dev;//网桥设备spinlock_t hash_lock;//对hash转发库进行操作时需要使用该自旋锁struct hlist_head hash[BR_HASH_SIZE];//转发数据库hash表struct list_head age_list;unsigned long feature_mask;#ifdef CONFIG_BRIDGE_NETFILTERstruct rtable fake_rtable;#endifunsigned long flags;#define BR_SET_MAC_ADDR 0x00000001/* STP */bridge_id designated_root;bridge_id bridge_id;u32 root_path_cost;/*网桥定时器*/unsigned long max_age;unsigned long hello_time;unsigned long forward_delay;/*本地配置的网桥定时器*/unsigned long bridge_max_age;unsigned long bridge_hello_time;unsigned long bridge_forward_delay;/*转发数据表项未被使用时可以待在转发数据库里的最大时间*/unsigned long ageing_time;u8 group_addr[ETH_ALEN];u16 root_port; //根端口的端口号enum {BR_NO_STP, /* no spanning tree */BR_KERNEL_STP, /* old STP in kernel */BR_USER_STP, /* new RSTP in userspace */ } stp_enabled;unsigned char topology_change;unsigned char topology_change_detected; /*网桥定时器*/struct timer_list hello_timer;struct timer_list tcn_timer;struct timer_list topology_change_timer;struct timer_list gc_timer;struct kobject *ifobj;};这些数据结构的关联如下图：二、网桥初始化本节主要分析网桥初始化相关的代码对于网桥初始化所需要做的功能，主要有以下几项1、CAM表的初始化2、注册网桥相关的网络防火墙钩子函数3、向通知链表中注册网桥的回调函数，处理网桥感兴趣的一些事件4、设置网桥的ioctl，以便处理应用层添加网桥、删除网桥的需求5、注册网桥处理回调函数，在接收封包处理函数netif_receive_skb中用来处理网桥设备而网桥相关的初始化，主要是由函数br_init来完成的。

下面是br_init的代码其完成的功能有：1、调用stp_proto_register进行stp相关的初始化2、调用br_fdb_init进行CAM表的初始化3、调用register_pernet_subsys，为bridge模块注册网络命名空间。

而br_net_ops的init函数为NULL，所以调用register_pernet_subsys并没有在/proc目录下生成任何与bridge相关的目录，如果我们想在/proc下生成bridge相关的子目录或子文件，我们可以自己写init函数。

关于register_pernet_subsys函数的详细处理流程可看我以前的文档static struct pernet_operations br_net_ops = {.exit = br_net_exit,};4、调用函数br_netfilter_init，注册网络防火墙相关的钩子函数，主要是实现ebtables相关的功能5、调用函数register_netdevice_notifier，向通知链中注册网桥感兴趣的信息。

6、调用函数br_netlink_init，进行netlink的初始化7、调用brioctl_set，设置网桥相关的ioctl回调函数br_ioctl_deviceless_stub，8、设置br_handle_frame_hook的回调函数static int __init br_init(void){int err;err = stp_proto_register(&br_stp_proto);if (err < 0) {printk(KERN_ERR "bridge: can't register sap for STP\n");return err;}err = br_fdb_init();if (err)goto err_out;err = register_pernet_subsys(&br_net_ops);if (err)goto err_out1;err = br_netfilter_init();if (err)goto err_out2;err = register_netdevice_notifier(&br_device_notifier);if (err)goto err_out3;err = br_netlink_init();if (err)goto err_out4;brioctl_set(br_ioctl_deviceless_stub);br_handle_frame_hook = br_handle_frame;#if defined(CONFIG_ATM_LANE) || defined(CONFIG_ATM_LANE_MODULE) br_fdb_test_addr_hook = br_fdb_test_addr;#endifreturn 0;err_out4:unregister_netdevice_notifier(&br_device_notifier);err_out3:br_netfilter_fini();err_out2:unregister_pernet_subsys(&br_net_ops);err_out1:br_fdb_fini();err_out:stp_proto_unregister(&br_stp_proto);return err;}下面继续对一些比较重要的初始化函数进行分析：a)br_fdb_init该函数主要是调用kmem_cache_create，获取一块slab缓存br_fdb_cache该函数定义在br_fdb.c中，这次仅分析这一个函数，对于br_fdb.c中的其他函数，我打算专门作为一小节来分析b)br_device_notifier网桥通过调用register_netdevice_notifier，向netdev_chain中注册了网桥相关的链表元素br_device_notifier，br_device_notifier的定义如下（关于通知链的详细分析可参看我以前写的linux 内核通知链一文）。