浅析linux内核网络协议栈--linux bridge

1 . 前言

本文是参考附录上的资料整理而成，以帮助读者更好的理解kernel中brdige 模块代码。

2. 网桥的原理

2.1 桥接的概念

简单来说，桥接就是把一台机器上的若干个网络接口“连接”起来。其结果是，其中一个网口收到的报文会被复制给其他网口并发送出去。以使得网口之间的报文能够互相转发。

交换机就是这样一个设备，它有若干个网口，并且这些网口是桥接起来的。于是，与交换机相连的若干主机就能够通过交换机的报文转发而互相通信。

如下图：主机A发送的报文被送到交换机S1的eth0口，由于eth0与eth1、eth2桥接在一起，故而报文被复制到eth1和eth2，并且发送出 去，然后被主机B和交换机S2接收到。而S2又会将报文转发给主机C、D。

交换机在报文转发的过程中并不会篡改报文数据，只是做原样复制。然而桥接却并不是在物理层实现的，而是在数据链路层。交换机能够理解数据链路层的报文，所以实际上桥接却又不是单纯的报文转发。交换机会关心填写在报文的数据链路层头部中的Mac地址信息（包括源地址和目的地址），以便了解每个Mac地址所代表的主机都在什么位置（与本交换机的哪个网口相连）。在报文转发时，交换机就只需要向特定的网口转发即可，从而避免不必要的网络交互。这个就是交换机的“地址学习”。但是如果交换机遇到一个自己未学习到的地址，就不会知道这个报文应该从哪个网口转发，则只好将报文转发给所有网口（接收报文的那个网口除外）。比如主机C向主机A发送一个报文，报文来到了交换机S1的eth2网口上。假设S1刚刚启动，还没有学习到任何地址，则它会将报文转发给eth0和 eth1。同时，S1会根据报文的源Mac地址，记录下“主机C是通过eth2网口接入的”。于是当主机A向C发送报文时，S1 只需要将报文转发到 eth2网口即可。而当主机D向C发送报文时，假设交换机S2将报文转发到了S1的eth2网口（实际上S2也多半会因为地址学习而不这么做），则S1会 直接将报文丢弃而不做转发（因为主机C就是从eth2接入的）。然而，网络拓扑不可能是永不改变的。假设我们将主机B和主机C换个位置，当主机C发出报文时（不管发给谁），交换机S1的eth1口收到报文，于是交换机 S1会更新其学习到的地址，将原来的“主机C是通过eth2网口接入的”改为“主机C是通过eth1网口接入的”。但是如果主机C一直不发送报文呢？S1将一直认为“主机C是通过eth2网口接入的”，于是将其他主机发送给C的报文都从eth2转发出去，结果报文就发 丢了。所以交换机的地址学习需要有超时策略。对于交换机S1来说，如果距离最后一次收到主机C的报文已经过去一定时间了（默认为5分钟），则S1需要忘记 “主机C是通过eth2网口接入的”这件事情。这样一来，发往主机C的报文又会被转发到所有网口上去，而其中从eth1转发出去的报文将被主机C收到。

2.2 linux的桥接实现

linux内核支持网口的桥接（目前只支持以太网接口）。但是与单纯的交换机不同，交换机只是一个二层设备，对于接收到的报文，要么转发、要么丢弃。小型的交换机里面只需要一块交换芯片即可，并不需要CPU。而运行着linux内核的机器本身就是一台主机，有可能就是网络报文的目的地。其收到的报文除了转 发和丢弃，还可能被送到网络协议栈的上层（网络层），从而被自己消化。

linux内核是通过一个虚拟的网桥设备来实现桥接的。这个虚拟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（摘自ULNI）：

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）。

2.3 网桥的功能

a. MAC学习：学习MAC地址，起初，网桥是没有任何地址与端口的对应关系的，它发送数据，还是得想HUB一样，但是每发送一个数据，它都会关心数据包的来源MAC是从自己的哪个端口来的，由于学习，建立地址-端口的对照表（CAM表）。

b. 报文转发：每发送一个数据包，网桥都会提取其目的MAC地址，从自己的地址-端口对照表(CAM表)中查找由哪个端口把数据包发送出去。

3. 网桥的配置

在Linux里面使用网桥非常简单，仅需要做两件事情就可以配置了。其一是在编译内核里把CONFIG_BRIDGE或CONDIG_BRIDGE_MODULE编译选项打开；其二是安装brctl工具。第一步是使内核协议栈支持网桥，第二步是安装用户空间工具，通过一系列的ioctl调用来配置网桥。下面以一个相对简单的实例来贯穿全文，以便分析代码。

Linux机器有4个网卡，分别是eth0~eth4，其中eth0用于连接外网，而eth1, eth2, eth3都连接到一台PC机，用于配置网桥。只需要用下面的命令就可以完成网桥的配置：

Brctl addbr br0 (建立一个网桥br0, 同时在Linux内核里面创建虚拟网卡br0)

Brctl addif br0 eth1

Brctl addif br0 eth2

Brctl addif br0 eth3 (分别为网桥br0添加接口eth1, eth2和eth3)

其中br0作为一个网桥，同时也是虚拟的网络设备，它即可以用作网桥的管理端口，也可作为网桥所连接局域网的网关，具体情况视你的需求而定。要使用br0接口时，必需为它分配IP地址。为正常工作，PC1, PC2，PC3和br0的IP地址分配在同一个网段。

4. 网桥数据结构

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

展开来如下图：

说明：

a. 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。

b. 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）。

c. 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。

【文章福利】小编在群文件上传了一些个人觉得比较好得学习书籍、视频资料，有需要的可以进群【977878001】领取！！！额外赠送一份价值699的内核资料包（含视频教程、电子书、实战项目及代码）

内核资料直通车：Linux内核源码技术学习路线+视频教程代码资料

学习直通车：Linux内核源码/内存调优/文件系统/进程管理/设备驱动/网络协议栈

各个结构体具体内容如下：

4.1 网桥私有数据：net_bridge{}

虚拟的网桥本身对于Kernel也是一个网络设备，自然拥有net_device{}，而网桥操作相关的信息保存在net_bridge{}中。net_bridge{}作为（对dev而言）私有信息附属在net_device{}之后。创建网桥类型设备的时候net_bridge{}作为附属信息由alloc_netdev()一起分配。

struct net_bridge        
{
    spinlock_t          lock;
    struct list_head    port_list; // net_bridge_port{}链表
    struct net_device   *dev; // 指向网桥设备的net_device{}
 
    struct pcpu_sw_netstats __percpu *stats;      // 统计值，TX/Rx Packet Byte之类
    spinlock_t          hash_lock;
    struct hlist_head   hash[BR_HASH_SIZE];   // 转发数据库（FDB）哈希表

其中端口设备由port_list连接，FDB是per-bridge的数据库（而且per-vlan)，而非Per-port的，故保存在br结构中。考虑到FDB条目数量会比较多，查询频繁，使用Hash表保存。

IGMP Snooping和Netfilter相关的不关注。

... Netfilter 相关...
    u16                     group_fwd_mask;

    /* STP */
    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;

    u8                      group_addr[ETH_ALEN];
    u16                     root_port;

    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;

    ... IGMP Snooping ...

    struct timer_list       hello_timer;
    struct timer_list       tcn_timer;
    struct timer_list       topology_change_timer;
    struct timer_list       gc_timer;

指定端口、网桥ID，路径成本，之类都能在STP协议中找到。我们从stp_enabled标识中看到STP（802.1D）的实现仍然放在Kernel中，而RSTP（Rapid STP）的实现被放在了UserSpace（Kernel以前也没有RSTP的实现）。RSTP的实现可以在这里找到：git://http://git.kernel.org/pub/scm/linux/kernel/git/shemminger/rstp.git。事实上把某些数据量不大但逻辑相对复杂的控制协议放到应用层的例子还是比较多的，例如IPv6的ND，DHCPv4/DHCPv6，以及未来某些nftables的某些部分。RSTP需要Kernel和Userspace“合作”完成。

struct kobject          *ifobj;
    u32             auto_cnt;
#ifdef CONFIG_BRIDGE_VLAN_FILTERING
    u8              vlan_enabled;
    __be16              vlan_proto;
    u16             default_pvid;
    struct net_port_vlans __rcu *vlan_info; // 网桥设备和网桥端口设备一样，也可视为一个（对L3的）端口，也需要VLAN信息
#endif
};

4.2 网桥端口：net_bridge_port{}

struct net_bridge_port
{

首先是Layout信息，

struct net_bridge       *br;     // 所属网桥（反向引用）
struct net_device       *dev;    // 网桥端口自己的net_device{}结构。
struct list_head        list;    // 同一个Bridge的各个Port组织在链表dev.port_list中。

STP相关信息。STP中定义了端口的优先级，STP的各个状态（Disabled,Blocking,Learning,Forwarding）。还有“指定端口”，“根端口”，“指定网桥”的概念。同时还定义了几个定时器。这里保存了这写信息。这里不再复述STP。

/* STP */
    u8                      priority;// 端口优先级
    u8                      state;   // 端口STP状态：Disabled，Blocking，Learning，Forwarding
    u16                     port_no; // 端口号，每个Bridge上各个端口的端口号不能改变（不能配置）
    unsigned char           topology_change_ack;// TCA ?
    unsigned char           config_pending;
    port_id                 port_id; // 端口ID：Prio+端口号
    port_id                 designated_port;
    bridge_id               designated_root;
    bridge_id               designated_bridge;
    u32                     path_cost;
    u32                     designated_cost;
    unsigned long           designated_age;

    struct timer_list       forward_delay_timer;// 转发延迟定时器，默认15s
    struct timer_list       hold_timer;       // 控制BPDU发送最大速率的定时器
    struct timer_list       message_age_timer;// BPDU老化定时器

Kernel通用信息

struct kobject          kobj;    // Kernel为了方便一些常用对象操作（添加删除等）建立的基本对象
    struct rcu_head         rcu;

    unsigned long           flags;   // 是否处于Flooding，是否Learning，是否被管理员设置了cost等

    ... IGMP Snooping & Netpoll ...

    struct net_port_vlans __rcu *vlan_info;// 在此端口上配置的VLAN信息，例如PVID，VLAN Bitmap, Tag/Untag Map
};

网桥端口设备本身对应的net_device{}结构中有一些字段会指示此设备为网桥端口，原先是br_port（v2.6.11）指针，新版的内核则看priv_flag是否设置 IFF_BRIDGE_PORT。如果是网桥端口的话，rx_handler_data指向net_bridge_port{}。这么做的原因自然是尽量让net_device不要放入功能特定的字段。

struct net_device {
    ... ...
                        // 如果是网桥端口IFF_BRIDGE_PORT会被设置。
    unsigned int        priv_flags; /* Like 'flags' but invisible to userspace.
                                     * See if.h for definitions. */

    ... ...
    rx_handler_func_t __rcu *rx_handler;// 创建网桥设备的时候注册为br_handle_frame()
    void __rcu      *rx_handler_data; // 如果是网桥端口，指向net_bridge_port{}
    ... ...
};

rx_handler是各个per-net_device的入口帧特殊处理的hook点，dev向协议栈（L3）递交skb过程，即netif_receive_skb()的处理过程中，在查询ptype_base完成L2/L3递交前，先检查各个net_device的rx_handler是不是被设置，设置的话会先调用rx_handler。而网桥端口设备的rx_handler是被设置的。这个是虚拟网桥如何通过端口设备收包的方式。

4.3 转发数据库条目：net_bridge_fdb_entry{}

Bridge维护一个转发数据库（Forwarding Data Base），包含了端口号，在此端口上学习到的MAC地址等信息，用于数据转发（Forwarding）。整个数据库使用Hash表组织，便于快速查找。每个网桥设备的FDB保存在其 net_bridge->hash中。每个学到（或静态配置）的MAC由一个数据库的条目，即net_bridge_fdb_entry{}结构表示。FDB是per-vlan的，因为不同的VLAN的数据转发路径（可由STP生成）可能是不一样的，FDB需要记录VLAN信息。is_local表示MAC地址来自本地某个端口，is_static表示MAC地址是静态的（由用户配置或来自本地端口），这些地址不会老化。且所有本地的MAC（is_local为1）的MAC总是“静态的”。

struct net_bridge_fdb_entry
{
    struct hlist_node       hlist;  // 哈希表冲突链表节点，头是&net_bridge.hash[i]
    struct net_bridge_port  *dst;   // 条目对应的网桥端口

    unsigned long           updated;
    unsigned long           used;   // 引用计数
    mac_addr                addr;   
    __u16                   vlan_id; // MAC属于哪个VLAN
    unsigned char           is_local:1, // 是否是来自某个本地端口的MAC，本地端口总是is_static
                            is_static:1, // 是否是静态配置的MAC
                            added_by_user:1, // 用户配置
                            added_by_external_learn:1; // 外部学习
    struct rcu_head         rcu;
};

5. 网桥初始化

5.1 bridge init

桥接部分初始化和退出的代码定义在net/bridge/br.c中，这还有一些事件处理函数。Bridging作为一个内核模块进行初始化。

module_init(br_init)

static int __init br_init(void)
{      
    ... ...
    err = stp_proto_register(&br_stp_proto);
    ... ...
    err = br_fdb_init();
    ... ...
    err = register_pernet_subsys(&br_net_ops);
    ... ...
    err = br_netfilter_init();
    ... ...
    err = register_netdevice_notifier(&br_device_notifier);
    ... ...
    err = br_netlink_init();
    ... ...
    brioctl_set(br_ioctl_deviceless_stub);

    ... ATM 相关 ...

    return 0;

    ... 出错处理 ...
}

br_init()函数完成的工作有:

• 注册STP协议处理函数br_stp_rcv:在net/802/stp.c中实现了个通用的STP框架，这个框架又是建立在llc之上（net/llc/），LLC显然是用来处理802.2 LLC层的，我们知道Ethernet II Packet常用于数据传输（尤其是PC端）而802.3 with 802.2 LLC协议通常用来承载STP等控制协议。LLC本身的处理和其他Ethernet PacketType(ARP, IP,IPv6…)没有不同，都是通过dev_add_pack()向netdev的ptype_base注册rcv函数。
  netif_receive_skb + |- llc_rcv <= ptype_base[ETH_P_802_2] + |- br_stp_rcv <= llc_sap->rcv_func
• 转发数据库初始化为了效率的考虑net_bridge_fdb_entry{}的分配会在kernel cache中进行。这里使用kmem_cache_create()初始化一个br_fdb_cache。另外，之前提到FDB Etnry保存在net_bridge.hash，为了防止DoS攻击，计算Hash的时候引入一个随机因子让其计算不可预测。该因子也在此处初始化。
• 注册pernet_operationspernet_operation只注册了.exit函数，作用是在某个网络实例清理的时候，将所有"net"内的的bridge设备、相关Port结构、VLAN结构、Timer和FDB等清理干净。
• 初始化桥接Netfilter:略。
• 注册通告链netdev_chain网桥设备是建立其他网络设备之上的，那些设备的状态（UP/DOWN），地址改变等消息会影响网桥设备（内部数据结构，如端口表，FBD等）。因此需要关注netdev_chain。对这些Event的处理由br_device_event()完成。
• netlink操作初始化Bridging注册了两组Netlink的Operations，分别是AF（AF_BRIDGE）和Link级别的ops。

5.2 bridge create

一般创建一个新的网络设备分成2个基本步骤：

• 分配net_device{}并setup
  也就是调用alloc_netdev_mqs(SIZE, NAME, xxx_setup)。其中 SIZE 是附着在net_device{}内存后面的特定数据，对于网桥设备而言就是net_bridge{}的大小。xxx_setup则是特有设备的初始化过程。NAME作为创建接口名的模板，如"eth%d"、"br%d"等，稍后由register_netdevice()生成eth1, br0等设备名，也可直接指定。alloc_netdev()是alloc_netdev_mqs的wrapper，创建TX/RX队列各一个。分配时注册的xxx_setup会在alloc_netdev_mqs中被立即调用，用来初始化设备特定数据，我们之前见过ether_setup。 网桥对应的setup函数为br_dev_setup()。
  和ether_setup简单设置一些ethernet参数不同，br_dev_setup完成了许多对网桥设备至关重要的工作，例如为设备指定netdev_ops(即"dev->ndo_xxx"，用于后续的open/close/xmit）等。稍后会详细介绍。
• 注册网络设备
  函数register_netdevice()生成dev->name、dev->ifindex, 调用dev.netdev_ops.ndo_init()初始化设备，初始化输入输出队列，将设备添加到全局（net{}）设备列表，一个name为key的Hash net.dev_name_head，一个ifindex为key的Hash net.dev_index_head和全局链表net.dev_base_head。而创建网桥设备同样遵循上面的步骤，在网桥的初始化函数中，注册了网桥操作的ioctl 函数br_ioctl_deviceless_stub ,当添加网桥的时候，通过该函数调用br_add_bridge来实现网桥的创建 。

5.2.1 br_dev_setup()函数

不论使用netlink还是传统的ioctl都会调用alloc_netdev_mqs，后者会调用setup函数br_dev_setup。它的实现在net/bridge/br_device.c中。

void br_dev_setup(struct net_device *dev)
{
    struct net_bridge *br = netdev_priv(dev);

    eth_hw_addr_random(dev); //生成一个随机的MAC地址
    ether_setup(dev);// 虚拟的Bridge是Ethernet类型，进行ethernet初始化（type, MTU，broadcast等）。

    dev->netdev_ops = &br_netdev_ops;   // 网桥设备的netdev_ops
    dev->destructor = br_dev_free;
    dev->ethtool_ops = &br_ethtool_ops;
    SET_NETDEV_DEVTYPE(dev, &br_type);// br_type.name = "bridge"
    dev->tx_queue_len = 0;
    dev->priv_flags = IFF_EBRIDGE;// 标识此设备为Bridge

    dev->features = COMMON_FEATURES | NETIF_F_LLTX | NETIF_F_NETNS_LOCAL |
            NETIF_F_HW_VLAN_CTAG_TX | NETIF_F_HW_VLAN_STAG_TX;
    dev->hw_features = COMMON_FEATURES | NETIF_F_HW_VLAN_CTAG_TX |
               NETIF_F_HW_VLAN_STAG_TX;      
    dev->vlan_features = COMMON_FEATURES;

    br->dev = dev;
    spin_lock_init(&br->lock);
    INIT_LIST_HEAD(&br->port_list);//初始化网桥端口链表和锁
    spin_lock_init(&br->hash_lock);

    br->bridge_id.prio[0] = 0x80;   // 默认优先级
    br->bridge_id.prio[1] = 0x00; 

    // STP相关初始化
    ether_addr_copy(br->group_addr, eth_reserved_addr_base);// 802.1D（STP）组播01:80:C2:00:00:00

    br->stp_enabled = BR_NO_STP;// 默认没有打开STP，不阻塞任何组播包。
    br->group_fwd_mask = BR_GROUPFWD_DEFAULT;
    br->group_fwd_mask_required = BR_GROUPFWD_DEFAULT;

    br->designated_root = br->bridge_id;
    br->bridge_max_age = br->max_age = 20 * HZ; // 20sec BPDU老化时间
    br->bridge_hello_time = br->hello_time = 2 * HZ;// 2sec HELLO定时器时间
    br->bridge_forward_delay = br->forward_delay = 15 * HZ;// 15sec 转发延时（用于Block->Learning->Forwardnig）
    br->ageing_time = 300 * HZ;// FDB 中保存的MAC地址的老化时间（5分钟）

    br_netfilter_rtable_init(br);    // Netfilter (ebtables)
    br_stp_timer_init(br);
    br_multicast_init(br);// 多播转发相关初始化
}

先为网桥设备生成一个随机的MAC地址，当bridge的第一个接口被binding的时候，bridge的MAC字段自动转为第一个接口的地址。虚拟网桥设备上ethernet类型，因此会调用ether_setup()。

每个net_device有一组netdev_ops用来处理设备打开、关闭，传输等，Bridge的net_device_ops内容则更丰富一些，需要ndo_add_save, ndo_fdb_add稍后详细介绍。ethtool可用来查看链接是否UP，以及设备的信息（驱动类型，版本，固件版本，总线等）。

开始的时候网桥总是认为自己是根网桥，所有designeated_root设置成自己网桥ID。而一些STP的定时器也需要设置成默认值。有些定时器是双份的，原因是STP的Timer是由Root Bridge通告，而不是使用自己的值。但是自己也可能会成为Root，所以要维护一份自己的定时器值。

5.3 bridge port create

和创建网桥设备一样，为网桥设备添加端口设备，也可以使用ioctl和netlink两种方式。两种方式最终会调用br_add_if()。

5.3.1 br_add_if()函数

int br_add_if(struct net_bridge *br, struct net_device *dev)

端口资格检查，有几类设备不能作为网桥端口：

• loopback设备
• 非Ethernet设备
• 网桥设备，即不支持“网桥的网桥”
• 本身是另一个网桥设备端口。每个设备只能有一个Master，否则数据去哪里呢
• 配置为IFF_DONT_BRIDGE的设备

/* Don't allow bridging non-ethernet like devices */
    if ((dev->flags & IFF_LOOPBACK) ||
        dev->type != ARPHRD_ETHER || dev->addr_len != ETH_ALEN ||
        !is_valid_ether_addr(dev->dev_addr))
        return -EINVAL;

    /* No bridging of bridges */
    if (dev->netdev_ops->ndo_start_xmit == br_dev_xmit)
        return -ELOOP;

    /* Device is already being bridged */
    if (br_port_exists(dev))
        return -EBUSY;

    /* No bridging devices that dislike that (e.g. wireless) */
    if (dev->priv_flags & IFF_DONT_BRIDGE)
        return -EOPNOTSUPP;

如果新的端口设备没有问题，就可以进行分配和初始化net_bridge_port{}，这些工作由new_nbp()完成。

• 分配一个net_bridge_port{}结构;
• 分配端口ID。
• 初始化端口成本（协议规定万兆、千兆，百兆和十兆的默认成本为2, 4,19和100），
• 设置端口默认优先级，
• 初始化端口角色（dp）状态（blocking）。
• 启动STP定时器等。

网桥设备需要接收所有的组播包，原来此处调用的是 dev_set_promiscuity(dev, 1)让网桥端口（可能是实际设备）工作在混杂模式，这样才能接收目的MAC非此设备的Unicast以及（未join的）所有的Multicast。

p = new_nbp(br, dev);  
    if (IS_ERR(p))
        return PTR_ERR(p); 

    call_netdevice_notifiers(NETDEV_JOIN, dev);

    err = dev_set_allmulti(dev, 1);
    if (err)      
        goto put_back;

5.3.2 sysfs和kobj

Kernel为所有的网桥端口建立一个kobj，这样一来可以方便的使用sysfs_ops设置sysfs参数，以及其他对象操作（例如删除对象的时候，release_nbp被调用以删除net_bridge_port结构。通过，kobject_init_and_add/br_sysfs_addif实现p->kobj的初始化和注册等。一旦注册，就可以在/sys/class/net//brif//找到它相应的目录。

err = kobject_init_and_add(&p->kobj, &brport_ktype, &(dev->dev.kobj),
                   SYSFS_BRIDGE_PORT_ATTR);
    if (err)
        goto err1;

    err = br_sysfs_addif(p);
    if (err)     
        goto err2;

既然是网桥端口那么dev->priv_flags被设置上IFF_BRIDGE_PORT。同时网桥端口不支持LRO，原因是LRO（Large Receive Offload）适用于目的为Host的Packet，而网桥端口可能会转发数据到其他端口，自然就不能启用这个功能（启用了还会影响GSO）。

dev->priv_flags |= IFF_BRIDGE_PORT;

    dev_disable_lro(dev);

添加端口设备到网桥设备端口列表新建完一个新的端口设备，该初始化的也初始化了，现在可以加入到网桥中了。

list_add_rcu(&p->list, &br->port_list);

更新FDB，初始化VLAN

网桥设备端口的MAC需要“静态”配置到FDB中，is_local和is_static同时置1。这回答了网桥端口是否有MAC地址的问题

if (br_fdb_insert(br, p, dev->dev_addr, 0))
        netdev_err(dev, "failed insert local address bridge forwarding table\n");

初始化网桥端口的VLAN配置，如果Bridge设备有“Default PVID"，就将默认PVID设置为端口的PVID并且Untag。

if (nbp_vlan_init(p))
    netdev_err(dev, "failed to initialize vlan filtering on this port\n");

重新计算网桥MAC，Bridge ID

当一个网桥设备（不是端口设备）刚刚创建的时候，其MAC地址是随机的（见 br_dev_setup，旧实现是空MAC），这也会影响网桥ID（Prio+MAC），没有端口时网桥ID的MAC部分为0。当有个设备作为其端口后，是个合适的机会重新为网桥选一个MAC，并重新计算网桥ID。前提是如果这个端口的MAC合适的话，例如不是0，长度是48Bits，并且值比原来的小（STP中ID小好事，因为其他因素一样的情况下MAC愈小ID愈小，优先级就越高），就用这个端口的MAC。

changed_addr = br_stp_recalculate_bridge_id(br);
    ... ...
    if (changed_addr)
        call_netdevice_notifiers(NETDEV_CHANGEADDR, br->dev);

设置设备状态，MTU

如果网桥端口设备是UP的，就使能它，设置状态等（如果STP没打开就没有这些步骤了）。

• 状态设置为Blocking，
• 认为自己是Designated Port（暂时）
• 对所有端口重新进行端口角色选择 创建端口ID
• 这些通过br_stp_enable_port完成，

if (netif_running(dev) && netif_oper_up(dev) &&
        (br->dev->flags & IFF_UP))
        br_stp_enable_port(p);

接下来为新的端口设置MTU，将它设置为整个Bridge设备各个端口的最小MTU；将新端口的MAC地址记录到bridge的FDB中（per VLAN）。通过函数br_fdb_insert插入的fdb表项的is_local和is_static都是1（本地端口嘛）。

dev_set_mtu(br->dev, br_min_mtu(br));

    kobject_uevent(&p->kobj, KOBJ_ADD);

    return 0;

    ... 出错处理，各种rollback ...
}

br_del_if基本上是br_add_if的逆过程，就不再细说了。注意一下一个端口从Bridge移走的话Bridge的ID也需要重新计算。

5.4 打开关闭网桥

现在已经知道创建、删除网桥设备以及添加、删除网桥端口时内核都发生了什么。接下来再看看打开关闭网桥设备（例如ifconfig xxx up或ip link set up）时都有哪些动作发生。网桥设备也是网络设备，也有dev->ndo_open/close，所以不管是ioctl（brctl）还是netlink（ip），最终被调用的是之前在br_netdev_ops里面所注册的br_dev_open和br_dev_close。其实Bridge的net_device_ops很多函数都已经看过了。

static const struct net_device_ops br_netdev_ops = {
    .ndo_open            = br_dev_open,       // 本节讲这个
    .ndo_stop            = br_dev_stop,       // 本节讲这个
    .ndo_init            = br_dev_init,        // 本节讲这个
    .ndo_start_xmit      = br_dev_xmit,       // 数据传输
    .ndo_get_stats64     = br_get_stats64,    // 统计，好理解
    .ndo_set_mac_address = br_set_mac_address,// 这个好理解
    .ndo_set_rx_mode     = br_dev_set_multicast_list,  
    .ndo_change_mtu      = br_change_mtu,
    .ndo_do_ioctl        = br_dev_ioctl,      // 已经提过了
    ... netpoll 相关...
    .ndo_add_slave       = br_add_slave,      // 已经提过了
    .ndo_del_slave       = br_del_slave,      // 已经提过了
    .ndo_fix_features    = br_fix_features,   // 已经提过了，见br_add_if
    .ndo_fdb_add         = br_fdb_add,
    .ndo_fdb_del         = br_fdb_delete,
    .ndo_fdb_dump        = br_fdb_dump,
    .ndo_bridge_getlink  = br_getlink,
    .ndo_bridge_setlink  = br_setlink,
    .ndo_bridge_dellink  = br_dellink,
};

br_dev_open自然是用户“up”了这个设备后被调用的。netdev_update_features之前遇到过。netif_start_queue打开输出队列，这个和普通设备没有区别（具体参考《UNLI》）。然后是Multicast和STP部分，这就不细说了。br_dev_close是br_dev_open的反过程。文章来源地址https://www.toymoban.com/news/detail-402721.html

static int br_dev_open(struct net_device *dev)
{  
    struct net_bridge *br = netdev_priv(dev);

    netdev_update_features(dev);
    netif_start_queue(dev);
    br_stp_enable_bridge(br);
    br_multicast_open(br);  

    return 0;
}

到了这里，关于浅析linux内核网络协议栈--linux bridge的文章就介绍完了。如果您还想了解更多内容，请在右上角搜索TOY模板网以前的文章或继续浏览下面的相关文章，希望大家以后多多支持TOY模板网！