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linux網橋--簡介

阿新 • • 發佈：2019-01-02

版權宣告：如有需要，可供轉載，但請註明出處：https://blog.csdn.net/City_of_skey/article/details/85240141

目錄

 

1、網橋簡介

 

2、網橋初始化

2.1 struct net_bridge

2.2 struct net_bridge_port

2.3 struct net_bridge_fdb_entry

2.4 br_init

3、新建網橋

3.1、br_add_bridge

3.2、new_bridge_dev

3.3、br_dev_setup

4、新增埠

4.1、add_del_if

4.2、br_add_if

1、網橋簡介

linux下的網橋是一個虛擬裝置，本質上說是一個高層次的二層虛擬裝置，它把其他的從裝置虛擬為一個port。當把一個網絡卡裝置加入的網橋後，網橋的mac地址就是下面所有網絡卡最小的那個mac地址，然後所有的網絡卡共享網橋的ip。網絡卡的接受、傳送資料包就交給網橋決策。網橋工作在鏈路層。

網橋發包流程

如下圖所示網橋收包流程圖：

網橋收包流程

 

2、網橋初始化

2.1 struct net_bridge

struct net_bridge是描述網橋的結構體，比較重要的元素hash，hash這個雜湊表儲存了mac地址對應的網路埠也就是mac地址學習，網橋轉發時就要根據mac地址在這個雜湊表中查詢從那個埠轉發出去。

struct net_bridge
{
	spinlock_t			lock;		//自旋鎖
	struct list_head		port_list;		//網橋下裝置連結串列
	struct net_device		*dev;		//網橋的裝置例項結構體

	struct br_cpu_netstats __percpu *stats;
	spinlock_t			hash_lock;
	struct hlist_head		hash[BR_HASH_SIZE]; //儲存mac地址學習也就是net_bridge_fsb_entry結構體
	unsigned long			feature_mask;
#ifdef CONFIG_BRIDGE_NETFILTER
	struct rtable 			fake_rtable;
#endif
	unsigned long			flags;
#define BR_SET_MAC_ADDR		0x00000001

	/* 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;

	/*STP協議型別*/
	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;

#ifdef CONFIG_BRIDGE_IGMP_SNOOPING
	unsigned char			multicast_router;

	u8				multicast_disabled:1;

	u32				hash_elasticity;
	u32				hash_max;

	u32				multicast_last_member_count;
	u32				multicast_startup_queries_sent;
	u32				multicast_startup_query_count;

	unsigned long			multicast_last_member_interval;
	unsigned long			multicast_membership_interval;
	unsigned long			multicast_querier_interval;
	unsigned long			multicast_query_interval;
	unsigned long			multicast_query_response_interval;
	unsigned long			multicast_startup_query_interval;

	spinlock_t			multicast_lock;
	struct net_bridge_mdb_htable	*mdb;
	struct hlist_head		router_list;
	struct hlist_head		mglist;

	/*一些定時器*/
	struct timer_list		multicast_router_timer;
	struct timer_list		multicast_querier_timer;
	struct timer_list		multicast_query_timer;
#endif

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

2.2 struct net_bridge_port

struct net_bridge_port描述網橋下的網絡卡埠。

struct net_bridge_port
{
	struct net_bridge		*br;			//埠所屬的網橋裝置
	struct net_device		*dev;		//埠裝置的接頭體
	struct list_head		list;			//網橋下的埠連結串列

	/* STP */
	u8				priority;
	u8				state;
	u16				port_no;
	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;

	/*埠的一些定時器*/
	struct timer_list		forward_delay_timer;
	struct timer_list		hold_timer;
	struct timer_list		message_age_timer;
	struct kobject			kobj;
	struct rcu_head			rcu;

	unsigned long 			flags;
#define BR_HAIRPIN_MODE		0x00000001

#ifdef CONFIG_BRIDGE_IGMP_SNOOPING
	u32				multicast_startup_queries_sent;
	unsigned char			multicast_router;
	struct timer_list		multicast_router_timer;
	struct timer_list		multicast_query_timer;
	struct hlist_head		mglist;
	struct hlist_node		rlist;
#endif

#ifdef CONFIG_SYSFS
	char				sysfs_name[IFNAMSIZ];
#endif
};

struct br_cpu_netstats {
	unsigned long	rx_packets;
	unsigned long	rx_bytes;
	unsigned long	tx_packets;
	unsigned long	tx_bytes;
};

2.3 struct net_bridge_fdb_entry

struct net_bridge_fdb_entry是一個mac地址和網路埠的對應表，最主要的兩個元素是dst、addr，也就是這個mac地址從那個網路端口出去。

struct net_bridge_fdb_entry
{
	struct hlist_node		hlist;		//連結串列指標
	struct net_bridge_port		*dst;	//網路埠

	struct rcu_head			rcu;
	unsigned long			ageing_timer;
	mac_addr			addr;				//mac地址
	unsigned char			is_local;			//是否是本機mac地址
	unsigned char			is_static;			//是否是靜態mac地址
};

2.4 br_init

網橋在核心中實現是一個模組，所有模組的初始化是br_init函式，函式在/net/bridge/br.c檔案中

br主要做以下幾件事情：

（1）STP協議註冊

（2）MAC學習表的初始化

（3）網橋在netfilter上鉤子函式註冊

（4）網橋的ioctl設定，提供給應用層的操作介面

static int __init br_init(void)
{
	int err;

	/*STP協議註冊*/
	err = stp_proto_register(&br_stp_proto);
	if (err < 0) {
		pr_err("bridge: can't register sap for STP\n");
		return err;
	}
	/*埠-MAC表初始化*/
	err = br_fdb_init();
	if (err)
		goto err_out;

	err = register_pernet_subsys(&br_net_ops);
	if (err)
		goto err_out1;

	/*netfilter鉤子函式註冊*/
	err = br_netfilter_init();
	if (err)
		goto err_out2;

	/*註冊到netdevice通知鏈上*/
	err = register_netdevice_notifier(&br_device_notifier);
	if (err)
		goto err_out3;
	/*netlink初始化*/
	err = br_netlink_init();
	if (err)
		goto err_out4;

	/*設定網橋的ioctl，提供給使用者層的介面*/
	brioctl_set(br_ioctl_deviceless_stub);
	
	/*網橋資料處理介面*/
	br_handle_frame_hook = br_handle_frame;

#if defined(CONFIG_ATM_LANE) || defined(CONFIG_ATM_LANE_MODULE)
	br_fdb_test_addr_hook = br_fdb_test_addr;
#endif

	return 0;
err_out4:
	unregister_netdevice_notifier(&br_device_notifier);
err_out3:
	br_netfilter_fini();
err_out2:
	unregister_pernet_subsys(&br_net_ops);
err_out1:
	br_fdb_fini();
err_out:
	stp_proto_unregister(&br_stp_proto);
	return err;
}

網橋在netfilter框架中主要註冊了7個鉤子函式，接下來會詳細介紹。

/* For br_nf_post_routing, we need (prio = NF_BR_PRI_LAST), because
 * br_dev_queue_push_xmit is called afterwards */
static struct nf_hook_ops br_nf_ops[] __read_mostly = {
	{
		.hook = br_nf_pre_routing,
		.owner = THIS_MODULE,
		.pf = PF_BRIDGE,
		.hooknum = NF_BR_PRE_ROUTING,
		.priority = NF_BR_PRI_BRNF,
	},
	{
		.hook = br_nf_local_in,
		.owner = THIS_MODULE,
		.pf = PF_BRIDGE,
		.hooknum = NF_BR_LOCAL_IN,
		.priority = NF_BR_PRI_BRNF,
	},
	{
		.hook = br_nf_forward_ip,
		.owner = THIS_MODULE,
		.pf = PF_BRIDGE,
		.hooknum = NF_BR_FORWARD,
		.priority = NF_BR_PRI_BRNF - 1,
	},
	{
		.hook = br_nf_forward_arp,
		.owner = THIS_MODULE,
		.pf = PF_BRIDGE,
		.hooknum = NF_BR_FORWARD,
		.priority = NF_BR_PRI_BRNF,
	},
	{
		.hook = br_nf_post_routing,
		.owner = THIS_MODULE,
		.pf = PF_BRIDGE,
		.hooknum = NF_BR_POST_ROUTING,
		.priority = NF_BR_PRI_LAST,
	},
	{
		.hook = ip_sabotage_in,
		.owner = THIS_MODULE,
		.pf = PF_INET,
		.hooknum = NF_INET_PRE_ROUTING,
		.priority = NF_IP_PRI_FIRST,
	},
	{
		.hook = ip_sabotage_in,
		.owner = THIS_MODULE,
		.pf = PF_INET6,
		.hooknum = NF_INET_PRE_ROUTING,
		.priority = NF_IP6_PRI_FIRST,
	},
};

3、新建網橋

我們通過brctl addbr br0命令新建一個網橋br0，核心提供的ioctl介面由函式br_ioctl_deviceless_stub實現，新建網橋呼叫br_add_bridge，刪除網橋呼叫br_del_bridge。

int br_ioctl_deviceless_stub(struct net *net, unsigned int cmd, void __user *uarg)
{
	switch (cmd) {
	case SIOCGIFBR:
	case SIOCSIFBR:
		return old_deviceless(net, uarg);

	case SIOCBRADDBR:
	case SIOCBRDELBR:
	{
		char buf[IFNAMSIZ];

		if (!capable(CAP_NET_ADMIN))
			return -EPERM;
		/*從應用層地址空間拷貝資料*/
		if (copy_from_user(buf, uarg, IFNAMSIZ))
			return -EFAULT;

		buf[IFNAMSIZ-1] = 0;
		if (cmd == SIOCBRADDBR)
			/*新建一個網橋裝置*/
			return br_add_bridge(net, buf);
		/*刪除一個網橋裝置*/
		return br_del_bridge(net, buf);
	}
	}
	return -EOPNOTSUPP;
}

3.1、br_add_bridge

br_add_bridge主要做三件事情：

1、呼叫new_brideg_dev根據網橋名字新建一個網橋裝置

2、網橋裝置也是一個以太裝置所以要呼叫register_netdevice註冊這個網橋裝置的struct net_device

3、初始化網橋裝置在sysfs中的相關資訊，便於管理查詢

int br_add_bridge(struct net *net, const char *name)
{
	struct net_device *dev;
	int ret;

	/*新建一個網橋裝置，name是網橋的名字*/
	dev = new_bridge_dev(net, name);
	if (!dev)
		return -ENOMEM;

	rtnl_lock();
	if (strchr(dev->name, '%')) {
		ret = dev_alloc_name(dev, dev->name);
		if (ret < 0)
			goto out_free;
	}

	SET_NETDEV_DEVTYPE(dev, &br_type);

	/*註冊網橋虛擬裝置*/
	ret = register_netdevice(dev);
	if (ret)
		goto out_free;
	/*在sysfs中建立相關資訊，便於查詢和管理*/
	ret = br_sysfs_addbr(dev);
	if (ret)
		unregister_netdevice(dev);
 out:
	rtnl_unlock();
	return ret;

out_free:
	free_netdev(dev);
	goto out;
}

3.2、new_bridge_dev

網橋裝置也是一個虛擬的以太裝置，所以呼叫alloc_netdev新建一個以太裝置，並執行網橋初始化函式br_dev_setup，net_device的私有資料指向網橋。

static struct net_device *new_bridge_dev(struct net *net, const char *name)
{
	struct net_bridge *br;
	struct net_device *dev;

	/*建立一個虛擬dev，執行網橋初始化函式br_dev_setup*/
	dev = alloc_netdev(sizeof(struct net_bridge), name,
			   br_dev_setup);

	if (!dev)
		return NULL;
	dev_net_set(dev, net);

	/*struct net_device私有資料指向網橋*/
	br = netdev_priv(dev);
	br->dev = dev;

	br->stats = alloc_percpu(struct br_cpu_netstats);
	if (!br->stats) {
		free_netdev(dev);
		return NULL;
	}

	spin_lock_init(&br->lock);
	INIT_LIST_HEAD(&br->port_list);
	spin_lock_init(&br->hash_lock);

	br->bridge_id.prio[0] = 0x80;
	br->bridge_id.prio[1] = 0x00;

	memcpy(br->group_addr, br_group_address, ETH_ALEN);

	br->feature_mask = dev->features;
	/*預設不開啟STP功能*/
	br->stp_enabled = BR_NO_STP;
	br->designated_root = br->bridge_id;
	br->root_path_cost = 0;
	br->root_port = 0;
	br->bridge_max_age = br->max_age = 20 * HZ;
	br->bridge_hello_time = br->hello_time = 2 * HZ;
	br->bridge_forward_delay = br->forward_delay = 15 * HZ;
	br->topology_change = 0;
	br->topology_change_detected = 0;
	br->ageing_time = 300 * HZ;

	/*路由表相關初始化*/
	br_netfilter_rtable_init(br);
	/*相關定時器初始化*/
	br_stp_timer_init(br);
	br_multicast_init(br);

	return dev;
}

3.3、br_dev_setup

這個函式主要是初始化網橋

（1）初始化網橋的MAC

（2）對網橋進行乙太網初始化

（3）設定以太裝置的操作函式指標br_netdev_ops

（4）設定以太裝置管理函式指向br_ethtool_ops。

void br_dev_setup(struct net_device *dev)
{
	/*初始化MAC*/
	random_ether_addr(dev->dev_addr);
	/*網橋是以太裝置，所以要進行以太初始化*/
	ether_setup(dev);

	/*以太裝置的操作函式指標*/
	dev->netdev_ops = &br_netdev_ops;
	dev->destructor = br_dev_free;
	/*以太裝置的管理操作函式指標*/
	SET_ETHTOOL_OPS(dev, &br_ethtool_ops);
	dev->tx_queue_len = 0;
	/*私有資料網橋標誌*/
	dev->priv_flags = IFF_EBRIDGE;

	dev->features = NETIF_F_SG | NETIF_F_FRAGLIST | NETIF_F_HIGHDMA |
			NETIF_F_GSO_MASK | NETIF_F_NO_CSUM | NETIF_F_LLTX |
			NETIF_F_NETNS_LOCAL | NETIF_F_GSO;
}

br_netdev_ops:

static const struct net_device_ops br_netdev_ops = {
	.ndo_open		 = br_dev_open,			//開啟裝置
	.ndo_stop		 = br_dev_stop,			//關閉裝置
	.ndo_start_xmit		 = br_dev_xmit,		//傳送資料
	.ndo_get_stats		 = br_get_stats,
	.ndo_set_mac_address	 = br_set_mac_address,	//設定mac地址
	.ndo_set_multicast_list	 = br_dev_set_multicast_list,
	.ndo_change_mtu		 = br_change_mtu,		//設定mtu
	.ndo_do_ioctl		 = br_dev_ioctl,				//ioctl操作，新增、刪除埠
#ifdef CONFIG_NET_POLL_CONTROLLER
	.ndo_netpoll_cleanup	 = br_netpoll_cleanup,
#endif
};

br_ethtool_ops:

static const struct ethtool_ops br_ethtool_ops = {
	.get_drvinfo    = br_getinfo,
	.get_link	= ethtool_op_get_link,
	.get_tx_csum	= ethtool_op_get_tx_csum,
	.set_tx_csum 	= br_set_tx_csum,
	.get_sg		= ethtool_op_get_sg,
	.set_sg		= br_set_sg,
	.get_tso	= ethtool_op_get_tso,
	.set_tso	= br_set_tso,
	.get_ufo	= ethtool_op_get_ufo,
	.set_ufo	= ethtool_op_set_ufo,
	.get_flags	= ethtool_op_get_flags,
};

4、新增埠

應用層通過brctl addif br0 eth0將eth0新增到網橋br0下面，核心的實現函式是br_dev_ioctl，依據cmd新增或者刪除埠add_del_if

int br_dev_ioctl(struct net_device *dev, struct ifreq *rq, int cmd)
{
	struct net_bridge *br = netdev_priv(dev);

	switch(cmd) {
	case SIOCDEVPRIVATE:
		return old_dev_ioctl(dev, rq, cmd);

	case SIOCBRADDIF:
	case SIOCBRDELIF:
		/*根據cmd新增或者刪除埠*/
		return add_del_if(br, rq->ifr_ifindex, cmd == SIOCBRADDIF);

	}

	br_debug(br, "Bridge does not support ioctl 0x%x\n", cmd);
	return -EOPNOTSUPP;
}

4.1、add_del_if

/* called with RTNL */
static int add_del_if(struct net_bridge *br, int ifindex, int isadd)
{
	struct net_device *dev;
	int ret;

	if (!capable(CAP_NET_ADMIN))
		return -EPERM;
	/*查詢網橋裝置是否存在，不存在直接返回*/
	dev = __dev_get_by_index(dev_net(br->dev), ifindex);
	if (dev == NULL)
		return -EINVAL;

	if (isadd)
		/*新增埠*/
		ret = br_add_if(br, dev);
	else
		/*刪除埠*/
		ret = br_del_if(br, dev);

	return ret;
}

4.2、br_add_if

這個函式是網橋新增埠的關鍵，主要做以下事情

（1）、首先對要新增的裝置檢查，環路裝置、非乙太網裝置直接返回，檢查裝置是否已經新增到其他網橋下面，

（2）、呼叫new_nbp新建一個網橋埠結構體struct net_bridge_port

（3）、裝置的模式為混合模式

（4）、將新增的埠新增到埠-MAC表中

（5）、將新增的埠p新增到sysfs檔案系統中

（6）、將新增的埠p新增到埠連結串列port_list中

/* called with RTNL */
int br_add_if(struct net_bridge *br, struct net_device *dev)
{
	struct net_bridge_port *p;
	int err = 0;

	/*環路埠或者非乙太網埠不新增直接返回*/
	/* Don't allow bridging non-ethernet like devices */
	if ((dev->flags & IFF_LOOPBACK) ||
	    dev->type != ARPHRD_ETHER || dev->addr_len != ETH_ALEN)
		return -EINVAL;
	/*埠本事是橋裝置直接返回*/
	/* No bridging of bridges */
	if (dev->netdev_ops->ndo_start_xmit == br_dev_xmit)
		return -ELOOP;

	/*埠已經新增到了其他網橋下面也直接返回*/
	/* Device is already being bridged */
	if (dev->br_port != NULL)
		return -EBUSY;

	/*不允許新增的網橋標誌*/
	/* No bridging devices that dislike that (e.g. wireless) */
	if (dev->priv_flags & IFF_DONT_BRIDGE)
		return -EOPNOTSUPP;

	/*新建一個埠*/
	p = new_nbp(br, dev);
	if (IS_ERR(p))
		return PTR_ERR(p);

	/*設定裝置的為混雜模式*/
	err = dev_set_promiscuity(dev, 1);
	if (err)
		goto put_back;

	err = kobject_init_and_add(&p->kobj, &brport_ktype, &(dev->dev.kobj),
				   SYSFS_BRIDGE_PORT_ATTR);
	if (err)
		goto err0;

	/*將埠新增到埠-MAC對映表中*/
	err = br_fdb_insert(br, p, dev->dev_addr);
	if (err)
		goto err1;
	/*將新增的埠p新增到sysfs檔案中*/
	err = br_sysfs_addif(p);
	if (err)
		goto err2;

	rcu_assign_pointer(dev->br_port, p);
	dev_disable_lro(dev);

	/*將埠p新增到埠連結串列port_list中*/
	list_add_rcu(&p->list, &br->port_list);

	spin_lock_bh(&br->lock);
	br_stp_recalculate_bridge_id(br);
	br_features_recompute(br);

	if ((dev->flags & IFF_UP) && netif_carrier_ok(dev) &&
	    (br->dev->flags & IFF_UP))
		br_stp_enable_port(p);
	spin_unlock_bh(&br->lock);

	br_ifinfo_notify(RTM_NEWLINK, p);

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

	kobject_uevent(&p->kobj, KOBJ_ADD);

	br_netpoll_enable(br, dev);

	return 0;
err2:
	br_fdb_delete_by_port(br, p, 1);
err1:
	kobject_put(&p->kobj);
	p = NULL; /* kobject_put frees */
err0:
	dev_set_promiscuity(dev, -1);
put_back:
	dev_put(dev);
	kfree(p);
	return err;
}

 

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Linux學習之路-Centos7-nmcli命令及網橋【21】---20180127

nmcli 網橋 測試網絡工具 網絡客戶端工具 一、nmcli命令1、地址配置工具：nmclinmcli [ OPTIONS ] OBJECT { COMMAND | help } device - show and manage network interfaces nmcl

11、網絡--Linux Bridge（網橋基礎）

linux 網絡 network hostman a. 網橋的工作原理初識l 緩存：網橋首先會對收到的數據幀進行緩存並處理；學習：當幀經過網橋，網橋首先在網橋表中查找幀的源MAC地址，如果該地址不在網橋表中，則將有該MAC地址及其所對應的網橋端口信息加入（逆向學習法）；l 過濾：判斷入幀的目標

Linux系統中高階網路管理 之 網橋.橋接

網橋：(Bridge) Linux網橋是一種以同種協議連線兩個區域網的產品。可以把它看成是一個決定傳送的包是到自己的區域網還是到另一個區域網的裝置。linux網橋檢查區域網上所有的包，在同一個區域網中傳送它，如果不是同一個網中的，就將它發到別的網上。 原理： 網橋是連線兩個區域網的儲存轉

linux 刪除網橋方法

先用ifconfig br_name down 停掉網橋 再用brctl delbr br_name 刪除網橋 為了方便，我編寫了shell指令碼來刪除網橋 #!/bin/bash #本指令碼刪除的是br-開頭的網橋 BRIDGE_LIST=$(sudo brctl show | cut -f 1

Linux網路的高階控制（鏈路聚合及網橋）

一、鏈路聚合 鏈路聚合（Link Aggregation），是指將多個物理埠捆綁在一起，成為一個邏輯埠，以實現出/入流量在各成員埠中的負荷分擔。 1.環境：兩塊網絡卡的虛擬機器，則是兩個獨立的網路介面，將幾個介面連線起來，以就叫鏈路聚合 2.鏈路聚合作用：1）提高穩定性

Linux下為KVM 配置橋接裝置,給網橋配製ip地址

在安裝一個擁有虛擬化功能的Linux作業系統(此處以CentOS為例)，一般我們有兩種方法： 1.在光碟安裝的時候安裝好虛擬化包或者PXE伺服器上配置好虛擬化包 2.手動在沒有安裝虛擬化元件的系統中安裝虛擬化元件   如果我們搭建的環境是必須使用虛擬化的，或者說虛擬化是我們搭建這套環境的主要目的之一，那麼

轉發器、集線器、網橋、交換機、路由器和閘道器簡介

        轉發器、集線器、網橋、交換機、路由器和閘道器都是網路互連裝置。  轉發器          轉發器（Repeater）又被稱為中繼器或放大器，執行物理層協議，負責第一層（物理層）的資料中繼，實現電氣訊號的“再生”。用於互連兩個相同型別的網段，主要功能是延伸

Linux核心分析 - 網路：網橋原理分析

網橋資料包的處理流程     網橋處理包遵循以下幾條原則：     1.  在一個介面上接收的包不會再在那個介面上傳送這個資料包；     2.  每個接收到的資料包都要學習其源地址； &nbs

Linux中的網橋

新增： nmcli connection add con-name bond0 ifname bond0 type bond mode active-backup ip4 172.25.254.140/24 nmcli connection add con-name eth0 ifname eth0 type