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Linux网桥源码框架分析初

王朝system·作者佚名  2008-05-19
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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;

}

又看了一个函数,继续发上来:

STP的处理函数

/* called under bridge lock */

void br_stp_handle_bpdu(struct sk_buff *skb)

{

unsigned char *buf;

struct net_bridge_port *p;

/*跳过DLC首部*/

buf = skb->mac.raw + 14;

p = skb->dev->br_port;

/*再次做判断*/

if (!p->br->stp_enabled || memcmp(buf, header, 6)) {

kfree_skb(skb);

return;

}

/*BPDU包有两类,由TYPE字段标志,分为配置和TCN(Topology Change Notification,拓朴改变通告)*/

/*如果是配置类型*/

if (buf[6] == BPDU_TYPE_CONFIG) {

/*内核中用struct br_config_bpdu描述一个BPDU包:

struct br_config_bpdu

{

unsigned topology_change:1; //拓朴改变标志

unsigned topology_change_ack:1; //拓朴改变回应标志

bridge_id root; //根ID,用于会聚后的网桥网络中,所有配置 BPDU 中的该字段都应该具有相同值(同VLAN),又可分为两个 BID 子字段:网桥优先级和网桥 MAC 地址

int root_path_cost; //路径开销,通向有根网桥(Root Bridge)的所有链路的积累资本

bridge_id bridge_id; //创建当前 BPDU 的网桥 BID。对于单交换机(单个 VLAN)发送的所有 BPDU 而言,该字段值都相同,而对于交换机与交换机之间发送的 BPDU 而言,该字段值不同)

port_id port_id; //端口ID,每个端口值都是唯一的。端口1/1值为0×8001,而端口1/2 值为0×8002。

int message_age; //记录 Root Bridge 生成当前 BPDU 起源信息的所消耗时间

int max_age; //保存 BPDU 的最长时间,也反映了拓朴变化通知(Topology Change Notification)过程中的网桥表生存时间情况

int hello_time; //指周期性配置 BPDU 间的时间

int forward_delay; //用于在 Listening 和 Learning 状态的时间,也反映了拓朴变化通知(Topology Change Notification)过程中的时间情况

};

在这个结构中,bpdu包的三个字段没有包含在内:

Protocol ID ? 协议字段,恒为0。

Version ? 版本字段,恒为0。

Type ? 决定该帧中所包含的两种 BPDU 格式类型(配置 BPDU 或 TCN BPDU)。 上面用buf[6]直接访问了,这是

因为bpdu之前,还有三个字节的LLC头,再加上ProtocolID(2字节),VersionID(1字节),3+2+1,所以是buf[6]

这是标准的802.3封包方式,与以太网封包略有不同,参见《tcp/ip详解卷一》第二章的第二页的最上面那张图(记得是)

*/

struct br_config_bpdu bpdu;

/*一个辛苦的解包过程……*/

bpdu.topology_change = (buf[7] & 0x01) ? 1 : 0;

bpdu.topology_change_ack = (buf[7] & 0x80) ? 1 : 0;

bpdu.root.prio[0] = buf[8];

bpdu.root.prio[1] = buf[9];

bpdu.root.addr[0] = buf[10];

bpdu.root.addr[1] = buf[11];

bpdu.root.addr[2] = buf[12];

bpdu.root.addr[3] = buf[13];

bpdu.root.addr[4] = buf[14];

bpdu.root.addr[5] = buf[15];

bpdu.root_path_cost =

(buf[16] << 24) |

(buf[17] << 16) |

(buf[18] <<

|

buf[19];

bpdu.bridge_id.prio[0] = buf[20];

bpdu.bridge_id.prio[1] = buf[21];

bpdu.bridge_id.addr[0] = buf[22];

bpdu.bridge_id.addr[1] = buf[23];

bpdu.bridge_id.addr[2] = buf[24];

bpdu.bridge_id.addr[3] = buf[25];

bpdu.bridge_id.addr[4] = buf[26];

bpdu.bridge_id.addr[5] = buf[27];

bpdu.port_id = (buf[28] <<

| buf[29];

bpdu.message_age = br_get_ticks(buf+30);

bpdu.max_age = br_get_ticks(buf+32);

bpdu.hello_time = br_get_ticks(buf+34);

bpdu.forward_delay = br_get_ticks(buf+36);

kfree_skb(skb);

br_received_config_bpdu(p, &bpdu); /*调用配置函数*/

return;

}

/*如果是TCN类型*/

if (buf[6] == BPDU_TYPE_TCN) {

br_received_tcn_bpdu(p); /*调用TCN函数*/

kfree_skb(skb);

return;

}

kfree_skb(skb);

}

 
 
 
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