Linux内核bridge

Linux网桥模型：

　　Linux内核通过一个虚拟的网桥设备来实现桥接的，这个设备可以绑定若干个以太网接口设备，从而将它们桥接起来。如下图所示：

　　网桥设备br0绑定了eth0和eth1。对于网络协议栈的上层来说，只看得到br0，因为桥接是在数据链路层实现的，上层不需要关心桥接的细节。于是协议栈上层需要发送的报文被送到br0，网桥设备的处理代码再来判断报文该被转发到eth0或是eth1，或者两者皆是；反过来，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。

　　而有时候eth0、eth1也可能会作为报文的源地址或目的地址，直接参与报文的发送与接收（从而绕过网桥）。

　　相关数据结构：

　　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。

　　在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）。

　　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。

　　网桥数据包的处理流程：

　　接收过程：

　　对于数据包的处理流程并没有明显的主线，主要就是根据内核代码中网桥部分的源码进行分析。

　　网口设备接收到的报文最终通过net_receive_skb函数被网络协议栈所接收。这个函数主要做三件事情：1、如果有抓包程序需要skb，将skb复制给它们；2、处理桥接；3、将skb提交给网络层。

　　int netif_receive_skb(struct sk_buff *skb)

　　{

　　......

　　if (handle_bridge(&skb, &pt_prev, &ret, orig_dev))

　　goto out;

　　......

　　}

　　static inline struct sk_buff *handle_bridge(struct sk_buff *skb,

　　struct packet_type **pt_prev, int *ret,

　　struct net_device *orig_dev)

　　{

　　struct net_bridge_port *port;

　　//对于回环设备以及skb->dev->br_port为空（即不被任何网桥所包含）的数据包直接返回

　　if (skb->pkt_type == PACKET_LOOPBACK ||

　　(port = rcu_dereference(skb->dev->br_port)) == NULL)

　　return skb;

　　if (*pt_prev) {

　　*ret = deliver_skb(skb, *pt_prev, orig_dev);

　　*pt_prev = NULL;

　　}

　　//网桥的基本挂接点处理函数

　　return br_handle_frame_hook(port, skb);

　　}

　　br_handle_frame_hook在网桥初始化模块br_init(void)函数中被赋值.

　　br_handle_frame_hook = br_handle_frame;

　　所以网桥对于数据包的处理过程是从br_handle_frame开始的。

　　struct sk_buff *br_handle_frame(struct net_bridge_port *p, struct sk_buff *skb)

　　{

　　const unsigned char *dest = eth_hdr(skb)->h_dest;

　　int (*rhook)(struct sk_buff *skb);

　　//判断是否为有效的物理地址，非全0地址以及非广播地址

　　if (!is_valid_ether_addr(eth_hdr(skb)->h_source))

　　goto drop;

　　//判断skb包是否被共享skb->users != 1,若是，则复制一份，否则直接返回

　　skb = skb_share_check(skb, GFP_ATOMIC);

　　if (!skb)

　　return NULL;

　　//这个函数并非像想象的那样，判断是否为本地地址

　　//而是在判断是否为链路本地多播地址，01:80:c2:00:00:0x

　　if (unlikely(is_link_local(dest))) {

　　/* Pause frames shouldn't be passed up by driver anyway */

　　if (skb->protocol == htons(ETH_P_PAUSE))

　　goto drop;

　　/* If STP is turned off, then forward */

　　if (p->br->stp_enabled == BR_NO_STP && dest[5] == 0)

goto forward;

　　if (NF_HOOK(PF_BRIDGE, NF_BR_LOCAL_IN, skb, skb->dev,

　　NULL, br_handle_local_finish))

　　return NULL;  /* frame consumed by filter */

　　else

　　return skb;      /* continue processing */

　　}

　　forward:

　　switch (p->state) {

　　case BR_STATE_FORWARDING:

　　//如果网桥处于forwarding状态，并且该报文必须要走L3层进行转发，则直接返回

　　//br_should_route_hook钩子函数在ebtable里面设置为ebt_broute函数，它根据用户的规

　　//决定该报文是否要通过L3层来转发；一般rhook为空

　　rhook = rcu_dereference(br_should_route_hook);

　　if (rhook != NULL) {

　　if (rhook(skb))

　　return skb;

　　dest = eth_hdr(skb)->h_dest;

　　}

　　/* fall through */

　　case BR_STATE_LEARNING:

　　//如果数据包的目的mac地址为虚拟网桥设备的mac地址，则标记为host

　　if (!compare_ether_addr(p->br->dev->dev_addr, dest))

　　skb->pkt_type = PACKET_HOST;

　　//调用网桥在NF_BR_PREROUTING处挂载的钩子函数，因为网桥在其钩子函数过//程中嵌套调用了INET层BR_PREROUTING的钩子函数，过程有些曲折，故最后//再分析

　　NF_HOOK(PF_BRIDGE, NF_BR_PRE_ROUTING, skb, skb->dev, NULL,

　　br_handle_frame_finish);

　　break;

　　default:

　　drop:

　　kfree_skb(skb);

　　}

　　return NULL;

　　}

　　FORWARDING以及LEARNING为网桥的状态，网桥端口一般有5种状态：

　　1）  disable 被管理员禁用

　　2）  blcok 休息，不参与数据包转发

　　3）  listening 监听

　　4）  learning 学习ARP信息，准备向工作状态改变

　　5）  forwarding 正常工作，转发数据包

　　/* note: already called with rcu_read_lock (preempt_disabled) */

　　int br_handle_frame_finish(struct sk_buff *skb)

　　{

　　const unsigned char *dest = eth_hdr(skb)->h_dest;

　　struct net_bridge_port *p = rcu_dereference(skb->dev->br_port);

　　struct net_bridge *br;

　　struct net_bridge_fdb_entry *dst;

　　struct sk_buff *skb2;

　　//判断网桥状态

　　if (!p || p->state == BR_STATE_DISABLED)

　　goto drop;

　　/* insert into forwarding database after filtering to avoid spoofing */

　　//br为虚拟网桥结构

　　br = p->br;

　　//根据数据包的源物理地址，更新网桥的转发表

　　br_fdb_update(br, p, eth_hdr(skb)->h_source);

　　if (p->state == BR_STATE_LEARNING)

　　goto drop;

　　/* The packet skb2 goes to the local host (NULL to skip). */

　　//skb2数据包用于交付本机，skb数据包则用于forward

　　skb2 = NULL;

　　//如果网口处于混杂模式，复制一份交付主机

　　if (br->dev->flags & IFF_PROMISC)

　　skb2 = skb;

　　dst = NULL;

　　//如果为广播数据包，增加计数，同样需要发一份给主机

　　if (is_multicast_ether_addr(dest)) {

　　br->dev->stats.multicast++;

　　skb2 = skb;

　　}

　　/*根据网桥口以及目标地址判断是否为本机数据包*/

　　else if ((dst = __br_fdb_get(br, dest)) && dst->is_local) {

　　skb2 = skb;

　　/* Do not forward the packet since it's local. */

　　skb = NULL;

　　}

　　if (skb2 == skb)

　　skb2 = skb_clone(skb, GFP_ATOMIC);

　　if (skb2)

　　/*完成将数据包交付给本机的工作*/

　　br_pass_frame_up(br, skb2);

　　if (skb) {

　　if (dst)

　　//如果存在目的地址则将其转发

　　br_forward(dst->dst, skb);

　　else

　　//否则，flood数据包，向除接收网口外的其余网口发送该数据包

　　br_flood_forward(br, skb);

　　}

　　out:

　　return 0;

　　drop:

　　kfree_skb(skb);

　　goto out;

　　}

　　//此函数主要实现通过网桥接收发往本机的数据包

　　static void br_pass_frame_up(struct net_bridge *br, struct sk_buff *skb)

　　{

　　struct net_device *indev, *brdev = br->dev;

　　//完成数据包的统计计数

　　brdev->stats.rx_packets++;

　　brdev->stats.rx_bytes += skb->len;

　　//将skb的dev改变为网桥结构的brdev