Linux 网络协议栈开发（五）—— 二层桥转发蓝图（上）

一、看一张桥转发时函数调用的一个基本蓝图。

这张图中，简单的展示了，数据的接收和发送，其中还包括netfilet的钩子点所处的位置。

需要说明的是：
1）.我们先暂时忽略数据包从一开始是怎么从驱动进入到netif_receive_skb的，因为这个暂时不影响我们理解这幅图的流程。
2）.由于桥转发的篇幅较大，图中没有标示出，数据包中途被丢弃的情况。约定数据包会发送成功。

现在数据包(skb)已经准备好了装备要闯关了

1.首先skb从驱动经过繁杂的路线走到了netif_receive_skb这个函数中经过一些小波折到达__netif_receive_skb_core中时遇到了第一个十字路口是看了看自己有没有skb->dev->rx_handler(注1)这个装备，如果有，则进入br_handle_frame(注2).如果没有则直接上协议栈。

  注1：桥下的设备注册过rx_handler函数，所以数据包会进入桥，br_pass_frame_up函数将原先的设备换成了桥设备， 而桥设备没有注册过rx_handler函数，所以数据包不会二次进入桥。 
  注2：br_handle_frame我们在前几节提到过，是skb进入桥的入口函数，在br_add_if的时候会注册该函数。

2.skb注定要经历一番劫难，刚进入br_handle_frame又将陷入两难境地，此时有两个入口，这两个是netfilter设下的连个hook点，分别是，NF_BR_PRE_ROUTING，和NF_BR_LOCAL_IN，两种路径，如果数据包只想去本地，则会选择NF_BR_LOCAL_IN入口，然后发往本地，如果暂时还确定不了，则先进入NF_BR_PRE_ROUTING入口.

3.进入NF_BR_PRE_ROUTING入口后，会遇到br_handle_frame_finish函数，这个函数决定了skb的何去何从

(1)如果是转发，则在经过NF_BR_FORWARD钩子点进入转发阶段的障碍，最后在进入NF_BR_POST_ROUTING，以及最终的dev_queue_xmit，实现最终转发。

(2)如果发往本地则重新进入NF_BR_LOCAL_IN最后在进入netif_receive_skb，进行转发。

skb在经过目前口述的磨练最终得以释放。

4.如果是如果是本地发出的数据包，经过NF_BR_LOCAL_OUT钩子点然后进入最后阶段的NF_BR_POST_ROUTING，进行相应的转发。

二、我们看看数据包如何在桥中进行转发的一些动作。

  首先，上节的大蓝图中，标识除了，数据包是如何进入桥的，有一个很重要的函数br_handle_frame这个函数的初始注册地点是在桥添加接口的时候，注册在桥某一个接口上

 int br_add_if(struct net_bridge *br, struct net_device *dev)
 {
     ........
     /*注册设备接收帧函数*/
     err = netdev_rx_handler_register(dev, br_handle_frame, p);
     ........
 }

其次，那么__netif_receive_skb_core是怎样让数据包进入桥的呢？我们看看上面提到的netdev_rx_handler_register函数，具体做了什么

 int netdev_rx_handler_register(struct net_device *dev,
                    rx_handler_func_t *rx_handler,
                    void *rx_handler_data)
 {
     ASSERT_RTNL();

     if (dev->rx_handler)
         return -EBUSY;
     /* Note: rx_handler_data must be set before rx_handler */
     /*将dev->rx_handler_data，指向rx_handler_data(上面的p是桥端口信息)*/
     rcu_assign_pointer(dev->rx_handler_data, rx_handler_data);
     /*将dev->rx_handle指针指向rx_handler*/
     rcu_assign_pointer(dev->rx_handler, rx_handler);

     return 0;
 }

看完这个函数，我们就明白了为什么在__netif_receive_skb_core中可以用skb->dev->rx_handle将数据包传入br_handle_frame函数，也就是将数据包传入了桥。

值得注意的是：上面的dev是桥下的设备，不是桥设备，桥设备(比如br0)是没有注册rx_handle这个函数的

好，了解到，桥的注册函数和如何接收数据包后，然后一起来看看br_handle_frame是如何操作的

 /*
  * Return NULL if skb is handled
  * note: already called with rcu_read_lock
  */
 rx_handler_result_t br_handle_frame(struct sk_buff **pskb)
 {
     struct net_bridge_port *p;
     struct sk_buff *skb = *pskb;
     const unsigned char *dest = eth_hdr(skb)->h_dest;
     br_should_route_hook_t *rhook;

     if (unlikely(skb->pkt_type == PACKET_LOOPBACK))
         return RX_HANDLER_PASS;
     /*判断是否是有效的mac地址，即不是多播地址也不是全00地址*/
     if (!is_valid_ether_addr(eth_hdr(skb)->h_source))
         goto drop;
     /*判断是否是共享数据包，若果是则clone该数据包*/
     skb = skb_share_check(skb, GFP_ATOMIC);
     if (!skb)
         return RX_HANDLER_CONSUMED;
     /*获取数据包网桥端口的一些信息*/
     p = br_port_get_rcu(skb->dev);
     /*BPDU是网桥之间交流的报文，目标mac是 01:80:C2:00:00:00*/
     if (unlikely(is_link_local_ether_addr(dest))) {
         u16 fwd_mask = p->br->group_fwd_mask_required;

         /*
          * See IEEE 802.1D Table 7-10 Reserved addresses
          *
          * Assignment               Value
          * Bridge Group Address     01-80-C2-00-00-00
          * (MAC Control) 802.3      01-80-C2-00-00-01
          * (Link Aggregation) 802.3 01-80-C2-00-00-02
          * 802.1X PAE address       01-80-C2-00-00-03
          *
          * 802.1AB LLDP         01-80-C2-00-00-0E
          *
          * Others reserved for future standardization
          */
         switch (dest[5]) {
         case 0x00:  /* Bridge Group Address */
             /* If STP is turned off,
                then must forward to keep loop detection */
             if (p->br->stp_enabled == BR_NO_STP ||
                 fwd_mask & (1u << dest[5]))
                 goto forward;
             *pskb = skb;
             __br_handle_local_finish(skb);
             return RX_HANDLER_PASS;

         case 0x01:  /* IEEE MAC (Pause) */
             goto drop;

         case 0x0E:  /* 802.1AB LLDP */
             fwd_mask |= p->br->group_fwd_mask;
             if (fwd_mask & (1u << dest[5]))
                 goto forward;
             *pskb = skb;
             __br_handle_local_finish(skb);
             return RX_HANDLER_PASS;

         default:
             /* Allow selective forwarding for most other protocols */
             fwd_mask |= p->br->group_fwd_mask;
             if (fwd_mask & (1u << dest[5]))
                 goto forward;
         }

         /* Deliver packet to local host only */
         NF_HOOK(NFPROTO_BRIDGE, NF_BR_LOCAL_IN, dev_net(skb->dev),
             NULL, skb, skb->dev, NULL, br_handle_local_finish);
         return RX_HANDLER_CONSUMED;
     }

 forward:
     switch (p->state) {
     case BR_STATE_FORWARDING:
         /*ebtables获取路由的hook点*/
         rhook = rcu_dereference(br_should_route_hook);
         if (rhook) {/*如果是转发状态，则转发数据包，然后返回*/
             if ((*rhook)(skb)) {
                 *pskb = skb;
                 return RX_HANDLER_PASS;
             }
             dest = eth_hdr(skb)->h_dest;
         }
         /* fall through */
     case BR_STATE_LEARNING:
         /*目的地址是否是设备链路层地址 */
         if (ether_addr_equal(p->br->dev->dev_addr, dest))
             skb->pkt_type = PACKET_HOST;
         /*将数据包送入数据帧处理函数br_handle_frame_finish*/
         NF_HOOK(NFPROTO_BRIDGE, NF_BR_PRE_ROUTING,
             dev_net(skb->dev), NULL, skb, skb->dev, NULL,
             br_handle_frame_finish);
         break;
     default:
 drop:
         kfree_skb(skb);
     }
     return RX_HANDLER_CONSUMED;
 }

在br_handle_frame主要做一件事，就是将数据包放进那个钩子点。

说明：br_handle_frame函数中有两个hook函数，br_handle_local_finish和br_handle_frame_finish这两个函数只有在netfilter因其他原因没有丢弃或者消化该帧时才会被调用，ebtables也能查看帧。ebtables是一个架构，能提供一些netfilter所没有的提供的额外功能，尤其是，ebtables可以过滤和修改任何类型的帧，而非仅限于那些携带ip封包的帧。