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2010年(4)

我的朋友

分类: LINUX

2010-11-14 10:31:01

网桥最主要有三个数据结构:struct net_bridgestruct net_bridge_portstruct net_bridge_fdb_entry,他们之间的关系如下图:

展开来如下图:

说明:

1.       其中最左边的net_device是一个代表网桥的虚拟设备结构,它关联了一个net_bridge结构,这是网桥设备所特有的数据结构。

2.       net_bridge结构中,port_list成员下挂一个链表,链表中的每一个节点(net_bridge_port结构)关联到一个真实的网口设 备的net_device。网口设备也通过其br_port指针做反向的关联(那么显然,一个网口最多只能同时被绑定到一个网桥)。

3.       net_bridge结构中还维护了一个hash表,是用来处理地址学习的。当网桥准备转发一个报文时,以报文的目的Mac地址为key,如果可以在 hash表中索引到一个net_bridge_fdb_entry结构,通过这个结构能找到一个网口设备的net_device,于是报文就应该从这个网 口转发出去;否则,报文将从所有网口转发。

 

各个结构体具体内容如下:

struct net_bridge

 

struct net_bridge
{
    spinlock_t            lock;
//读写锁

    
//网桥所有端口的链表,其中每个元素都是一个net_bridge_port结构

    struct list_head        port_list;
    struct net_device        *dev;
//网桥对应的设备

    struct net_device_stats        statistics;
//网桥对应的虚拟网卡的统计数据

    spinlock_t            hash_lock;
//hash表的锁

    
/*--CAM: 保存forwarding database的一个hash链表(这个也就是地址学习的东东,
    所以通过hash能 快速定位),这里每个元素都是一个net_bridge_fsb_entry结构--*/

    struct hlist_head        hash[BR_HASH_SIZE];
    struct list_head        age_list;

    /* STP */
//与stp 协议对应的数据

    bridge_id            designated_root;
    bridge_id            bridge_id;
    u32                root_path_cost;
    unsigned long            max_age;
    unsigned long            hello_time;
    unsigned long            forward_delay;
    unsigned long            bridge_max_age;
    unsigned long            ageing_time;
    unsigned long            bridge_hello_time;
    unsigned long            bridge_forward_delay;

    u16                root_port;
    unsigned char            stp_enabled;
    unsigned char            topology_change;
    unsigned char            topology_change_detected;
    
//stp要用的一些定时器列表。

    struct timer_list        hello_timer;
    struct timer_list        tcn_timer;
    struct timer_list        topology_change_timer;
    struct timer_list        gc_timer;
    struct kobject            ifobj;
}


2.  struct net_bridge_port

 

struct net_bridge_port
{
    struct net_bridge        *br;
//从属于的网桥设备

    struct net_device        *dev;
//表示链接到这个端口的物理设备

    struct list_head        list;

    /* STP */
//stp相关的一些参数。

    u8                priority;
    u8                state;
    u16                port_no;
//本端口在网桥中的编号

    unsigned char            topology_change_ack;
    unsigned char            config_pending;
    port_id                port_id;
    port_id                designated_port;
    bridge_id            designated_root;
    bridge_id            designated_bridge;
    u32                path_cost;
    u32                designated_cost;
    
//端口定时器,也就是stp控制超时的一些定时器列表

    struct timer_list        forward_delay_timer;
    struct timer_list        hold_timer;
    struct timer_list        message_age_timer;
    struct kobject            kobj;
    struct rcu_head            rcu;
}

3. struct net_bridge_fdb_entry

struct net_bridge_fdb_entry
{
    struct hlist_node        hlist;
    
//桥的端口(最主要的两个域就是这个域和下面的mac地址域)

    struct net_bridge_port *dst;
    
    struct rcu_head            rcu;
//当使用RCU策略,才用到

    
    atomic_t                use_count;
//引用计数

    unsigned long            ageing_timer;
//MAC超时时间

    mac_addr                addr;
//mac地址。    

    
    unsigned char            is_local;
//是否为本机的MAC地址

    unsigned char            is_static;
//是否为静态MAC地址

}

这里所说的网桥数据库指的是CAM表,即struct net_bridge结构中的hash表,数据库的维护对应的是对结构struct net_bridge_fdb_entry的操作;

众所周知,网桥需要维护一个MAC地址-端口映射表,端口是指网桥自身提供的端口,而MAC地址是指与端口相连的另一端的MAC地址。当网桥收到一个报文时,先获取它的源MAC,更新数据库,然后读取该报文的目标MAC地址,查找该数据库,如果找到,根据找到条目的端口进行转发;否则会把数据包向除入口端口以外的所有端口转发。

数据库使用kmem_cache_create函数进行创建,使用kmem_cache_desctory进行销毁。路径:[/net/bridge/br_fdb.c]:

void __init br_fdb_init(void)
{
    br_fdb_cache = kmem_cache_create("bridge_fdb_cache",
                     sizeof(struct net_bridge_fdb_entry),
                     0,
                     SLAB_HWCACHE_ALIGN, NULL, NULL);
}

当网桥收到一个数据包时,它会获取该数据的源MAC地址,然后对数据库进行更新。如果该MAC地址不在数库中,则创新一个数据项。如果存在,更新它的年龄。数据库使用hash表的结构方式,便于高效查询。下面是hash功能代码的分析:

路径:[/net/bridge/br_fdb.c] 


void br_fdb_update(struct net_bridge *br, struct net_bridge_port *source,
         const unsigned char *addr)
{
    
/*--br_mac_hash函数是hash表中的hash函数,具体算法过程可参阅该函数代码;
        br->hash就是数据库的hash表,每个hash值对应一个链表;
        数据库的每项为net_bridge_fdb_entry结构--*/

    struct hlist_head *head = &br->hash[br_mac_hash(addr)];
    struct net_bridge_fdb_entry *fdb;

    /* some users want to always flood. */
    if (hold_time(br) == 0)
        return;

    rcu_read_lock();
    fdb = fdb_find(head, addr);
    /*--如果找到对应的fdb,更新fdb->dst,fdb->ageing_timer--*/
    if (likely(fdb)) {
        /* attempt to update an entry for a local interface */
        if (unlikely(fdb->is_local)) {
            if (net_ratelimit())
                printk(KERN_WARNING "%s: received packet with "
                 " own address as source address\n",
                 source->dev->name);
        } else {
            /* fastpath: update of existing entry */
            fdb->dst = source;
            fdb->ageing_timer = jiffies;
        }
    } else { /*--没有找到,则新建一个fdb--*/
        spin_lock_bh(&br->hash_lock);
        if (!fdb_find(head, addr))
            fdb_create(head, source, addr, 0);
        
/* else we lose race and someone else inserts
         * it first, don't bother updating
         */

        spin_unlock_bh(&br->hash_lock);
    }
    rcu_read_unlock();
}


在更新函数里面已为某一MAC找到了它所属于的Hash链表,因此,创建函数只需要在该链上添加一个数据项即可。

 

static struct net_bridge_fdb_entry *fdb_create(struct hlist_head *head,
                     struct net_bridge_port *source,
                     const unsigned char *addr,
                     int is_local)
{
    struct net_bridge_fdb_entry *fdb;

    /*--申请数据区--*/
    fdb = kmem_cache_alloc(br_fdb_cache, GFP_ATOMIC);
    if (fdb) {
        memcpy(fdb->addr.addr, addr, ETH_ALEN);
        atomic_set(&fdb->use_count, 1);
        hlist_add_head_rcu(&fdb->hlist, head); /*--添加到链表--*/

        fdb->dst = source;
        fdb->is_local = is_local;
        fdb->is_static = is_local;
        fdb->ageing_timer = jiffies;
//MAC年龄

    }
    return fdb;
}


查找分两种:一种是数据项更新时候的查找,另一种是转发报文时候查找,两者区别是转发时查找需要判断MAC地址是否过期,即我们常说的MAC老化;更新时则不用判断;

网桥更新一MAC地址时,不管该地址是否已经过期了,只需遍历该MAC地址对应的Hash链表,然后更新年龄,此时它肯定不过期了。

网桥要转发数据时,除了要找到该目标MAC的出口端口外,还要判断该记录是否过期了。

更新时查找:

 

static inline struct net_bridge_fdb_entry *fdb_find(struct hlist_head *head,
                         const unsigned char *addr)
{
    struct hlist_node *h;
    struct net_bridge_fdb_entry *fdb;

    /*--遍历链表比较地址--*/
    hlist_for_each_entry_rcu(fdb, h, head, hlist) {
        if (!compare_ether_addr(fdb->addr.addr, addr))
            return fdb;
    }
    return NULL;
}


转发时查找:

 

struct net_bridge_fdb_entry *__br_fdb_get(struct net_bridge *br,
                     const unsigned char *addr)
{
    struct hlist_node *h;
    struct net_bridge_fdb_entry *fdb;

    /*--遍历链表比较地址--*/
    hlist_for_each_entry_rcu(fdb, h, &br->hash[br_mac_hash(addr)], hlist) {
        if (!compare_ether_addr(fdb->addr.addr, addr)) {
            /*--判断是否过期--*/
            if (unlikely(has_expired(br, fdb)))
                break;
            return fdb;
        }
    }

    return NULL;
}


比较一下,转发时多了一个函数处理:has_expired, Has_expired函数来决定该数据项是否是过期的,代码如下: 


/*--数据项的可保留时间根据拓扑结构是否改变来决定,
    改变则为forward_delay,否则为ageing_time--*/

/* if topology_changing then use forward_delay (default 15 sec)
 * otherwise keep longer (default 5 minutes)
 */

static __inline__ unsigned long hold_time(const struct net_bridge *br)
{
    return br->topology_change ? br->forward_delay : br->ageing_time;
}

static __inline__ int has_expired(const struct net_bridge *br,
                 const struct net_bridge_fdb_entry *fdb)
{
    
/*--1. 如果该数据项是静态的,即不是学习过来的,它永远不会过期。
         因为它就是网桥自己端口的地址
        2. 如果最近更新时间加上可保留时间大于当前时间,即老化时间还在以后,
         表示尚未过期,time_before_eq返回真,否则返回假
    --*/

    return !fdb->is_static
        && time_before_eq(fdb->ageing_timer + hold_time(br), jiffies);
}


地址过期清理

桥建立时设置一个定时器,循环检测,如果发现有过期的MAC,则清除对应的数据项,MAC地址过期清除由函数br_fdb_cleanup实现:

 

/*--定时器循环检查MAC地址是否过期
    定时器在桥初始化中定义开启--*/

void br_fdb_cleanup(unsigned long _data)
{
    struct net_bridge *br = (struct net_bridge *)_data;
    unsigned long delay = hold_time(br);/*--获取MAC地址可保留时间--*/
    int i;

    spin_lock_bh(&br->hash_lock);
    for (i = 0; i < BR_HASH_SIZE; i++) {
        struct net_bridge_fdb_entry *f;
        struct hlist_node *h, *n;

        /*--如果该地址不是静态的,并且已经过期,则从数据库中清除该MAC映射--*/
        hlist_for_each_entry_safe(f, h, n, &br->hash[i], hlist) {
            if (!f->is_static &&
             time_before_eq(f->ageing_timer + delay, jiffies))
                fdb_delete(f);
        }
    }
    spin_unlock_bh(&br->hash_lock);
    
    /*--更新检查定时器--*/
    mod_timer(&br->gc_timer, jiffies + HZ/10);
}

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给主人留下些什么吧!~~

chinaunix网友2010-11-15 15:22:11

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