Linux网桥源码框架分析初步

今天处理网桥的STP的问题遇到了麻烦，对这个东东理论的倒是看了不少，没有真真学习到它的源理，来看Linux的实现，手头没有资料，看了两个钟头，只把网桥的框架结构看完，所以想先贴出来，希望有研究这块的大哥们讨论，继续把它写完，九贱好学习一下：

版本：Linux 2.4.18

一、调用
在src/net/core/dev.c的软中断函数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
如果定义了网桥或网桥模块，则由handle_bridge函数处理
skb->dev->br_port ：接收该数据包的端口是网桥端口组的一员
br_handle_frame_hook ：定义了网桥处理函数

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;
}
初始化函数指明了网桥的处理函数是br_handle_frame
ioctl处理函数是：br_ioctl_deviceless_stub

三、br_handle_frame(br_input.c)
/*网桥处理函数*/
void br_handle_frame(struct sk_buff *skb)
{
struct net_bridge *br;
unsigned char *dest;
struct net_bridge_port *p;

/*获取目的MAC地址*/
dest = skb->mac.ethernet->h_dest;

/*skb->dev->br_port用于指定接收该数据包的端口，若不是属于网桥的端口，则为NULL*/
p = skb->dev->br_port;
if (p == NULL) /*端口不是网桥组端口中*/
goto err_nolock;

/*本端口所属的网桥组*/
br = p->br;

/*加锁，因为在转发中需要读CAM表，所以必须加读锁，避免在这个过程中另外的内核控制路径(如多处理机上另外一个CPU上的系统调用)修改CAM表*/
read_lock(&br->lock);
if (skb->dev->br_port == NULL) /*前面判断过的*/
goto err;

/*br->dev是网桥的虚拟网卡，如果它未UP，或网桥DISABLED,p->state实际上是桥的当前端口的STP计算判断后的状态*/
if (!(br->dev.flags & IFF_UP) ||
p->state == BR_STATE_DISABLED)
goto err;

/*源MAC地址为255.X.X.X，即源MAC是多播或广播，丢弃之*/
if (skb->mac.ethernet->h_source[0] & 1)
goto err;

/*众所周之，网桥之所以是网桥，比HUB更智能，是因为它有一个MAC-PORT的表，这样转发数据就不用广播，而查表定端口就可以了
每次收到一个包，网桥都会学习其来源MAC，添加进这个表。Linux中这个表叫CAM表(这个名字是其它资料上看的)。
如果桥的状态是LEARNING或FORWARDING(学习或转发)，则学习该包的源地址skb->mac.ethernet->h_source，
将其添加到CAM表中，如果已经存在于表中了，则更新定时器，br_fdb_insert完成了这一过程*/
if (p->state == BR_STATE_LEARNING ||
p->state == BR_STATE_FORWARDING)
br_fdb_insert(br, p, skb->mac.ethernet->h_source, 0);

/*STP协议的BPDU包的目的MAC采用的是多播目标MAC地址：从01-80-c2-00-00-00（Bridge_group_addr：网桥组多播地址）开始
所以这里是如果开启了STP，而当前数据包又是一个BPDU
(!memcmp(dest, bridge_ula, 5)， unsigned char bridge_ula[6] = { 0x01, 0x80, 0xc2, 0x00, 0x00, 0x00 }，
则交由相应函数处理*/
if (br->stp_enabled &&
/*这里只比较前5个字节，没有仔细研究过STP是使用了全部多播地址（从0 1 : 0 0 : 5 e : 0 0 : 0 0 : 0 0到0 1 : 0 0 : 5 e : 7 f : ff : ff。），还是只使用了一部份，这里看来似乎只是一部份，没去深究了*/
!memcmp(dest, bridge_ula, 5) &&
!(dest[5] & 0xF0)) /*01-80-c2-00-00-F0 是一个什么地址？为什么要判断呢？*/
goto handle_special_frame;

/*处理钩子函数，然后转交br_handle_frame_finish函数继续处理*/
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;

/*如果网桥的虚拟网卡处于混杂模式，那么每个接收到的数据包都需要克隆一份
送到AF_PACKET协议处理体(网络软中断函数net_rx_action中ptype_all链的处理)。*/
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为广播或多播，则需要向本机的上层协议栈传送这个数据包，这里有一个标志变量passedup
用于表示是否传送过了，如果已传送过，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，这里根据目的地址来查表，以确定由哪个接口把包转发出去
每一个表项是通过结构struct net_bridge_fdb_entry来描述的：
struct net_bridge_fdb_entry
{
struct net_bridge_fdb_entry *next_hash; //用于CAM表连接的链表指针
struct net_bridge_fdb_entry **pprev_hash; //为什么是pprev不是prev呢？还没有仔细去研究
atomic_t use_count; //此项当前的引用计数器
mac_addr addr; //MAC地址
struct net_bridge_port *dst; //此项所对应的物理端口
unsigned long ageing_timer; //处理MAC超时
unsigned is_local:1; //是否是本机的MAC地址
unsigned is_static:1; //是否是静态MAC地址
};*/
dst = br_fdb_get(br, dest);

/*查询CAM表后，如果能够找到表项，并且目的MAC是到本机的虚拟网卡的，那么就需要把这个包提交给上层协议，
这样，我们就可以通过这个虚拟网卡的地址来远程管理网桥了*/
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，且不是本地虚拟网卡的，转发之*/
if (dst != NULL) {
br_forward(dst->dst, skb);
br_fdb_put(dst);
goto out;
}

/*如果表里边查不到，那么只好学习学习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;
}

基本框架就是这样了，与那些讲网桥原理的书上讲的基本差不多……
网桥之所以是网桥，主要靠这两个函数：
br_fdb_insert
br_fdb_get
一个学习，一个查表；
另外，支持STP，处理BPDU，需要用到函数br_stp_handle_bpdu
哪位有这三个函数的细节分析，可否送九贱一份，免得下午那么辛苦再去啃代码……

扫了一下 br_fdb_insert，结构还是很清析，如果当前项已存在于hash表项中，则更新它（__fdb_possibly_replace），如果是新项，则插入，实际是一个双向链表的维护过程（__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);
}

同样，查表也是一个遍历链表，进行地址匹配的过程：
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;
}