Linux 内核网桥源码分析

Linux网桥源码的实现

转自： Linux二层网络协议

Linux网桥源码的实现

1、调用

在src/net/core/dev.c的软中断函数static void net_rx_action(struct softirq_action *h)中（line 1479）

#if defined(CONFIG_BRIDGE) || defined(CONFIG_BRIDGE_MODULE)

                       
if (skb->dev->br_port != NULL &&

                           
br_handle_frame_hook != NULL) {

                               
handle_bridge(skb, pt_prev);

                               
dev_put(rx_dev);

                               
continue;

                       
}

#endif

如果定义了网桥或网桥模块，则由handle_bridge函数处理skb->dev->br_port ：接收该数据包的端口是网桥端口组的一员，如果接收当前数据包的接口不是网桥的某一物理端口，则其值为NULL；

br_handle_frame_hook ：定义了网桥处理函数这段代码将数据包进行转向，转向的后的处理函数是钩子函数br_handle_frame_hook，在此之前，handle_bridge函数还要处理一些其它的事情：

static __inline__ int handle_bridge(struct sk_buff *skb,

                                    
struct packet_type *pt_prev)

{

        int ret = NET_RX_DROP;

        if (pt_prev) {

               
if (!pt_prev->data)

                       
ret = deliver_to_old_ones(pt_prev, skb, 0);

               
else {

                       
atomic_inc(&skb->users);

                       
ret = pt_prev->func(skb, skb->dev, pt_prev);

               
}

        }

        br_handle_frame_hook(skb);

        return ret;

}

pt_prev用于在共享SKB的时候提高效率,handle_bridge函数最后将控制权交由到了br_handle_frame_hook的手上。

2、钩子函数的注册

br_handle_frame_hook用于网桥的处理，在网桥的初始化函数中（net/bridge/br.c）：

static int __init br_init(void)

{

        printk(KERN_INFO "NET4:
Ethernet Bridge 008 for NET4.0\n");

        br_handle_frame_hook =
br_handle_frame;

        br_ioctl_hook =
br_ioctl_deviceless_stub;

#if defined(CONFIG_ATM_LANE) || defined(CONFIG_ATM_LANE_MODULE)

        br_fdb_get_hook = br_fdb_get;

        br_fdb_put_hook = br_fdb_put;

#endif

       
register_netdevice_notifier(&br_device_notifier);

        return 0;

}

初始化函数中指明了钩子函数实际上指向的是br_hanlde_frame

3、br_handle_frame(br_input.c)

/*网桥处理函数*/

void br_handle_frame(struct sk_buff *skb)

{

        struct net_bridge *br;

        unsigned char *dest;

        struct net_bridge_port *p;

        /*获取目的MAC地址*/

        dest =
skb->mac.ethernet->h_dest;

        /*skb->dev->br_port用于指定接收该数据包的端口，若不是属于网桥的端口，则为NULL*/

        p = skb->dev->br_port;

        if (p ==
NULL)               
/*端口不是网桥组端口中*/

               
goto err_nolock;

        /*本端口所属的网桥组*/

        br =
p->br;        

        /*加锁，因为在转发中需要读CAM表，所以必须加读锁，避免在这个过程中另外的内核控制路径(如多处理机上另外一个CPU上的系统调用)修改CAM表*/

        read_lock(&br->lock);

        if (skb->dev->br_port ==
NULL)               
/*前面判断过的*/

               
goto err;        

        /*br->dev是网桥的虚拟网卡，如果它未UP，或网桥DISABLED,p->state实际上是桥的当前端口的STP计算判断后的状态*/

        if (!(br->dev.flags & IFF_UP)
||

            p->state
== BR_STATE_DISABLED)

               
goto err;        

        /*源MAC地址为255.X.X.X，即源MAC是多播或广播，丢弃之*/

        if
(skb->mac.ethernet->h_source[0] & 1)

               
goto err;

        /*众所周之，网桥之所以是网桥，比HUB更智能，是因为它有一个MAC-PORT的表，这样转发数据就不用广播，而查表定端口就可以了

        每次收到一个包，网桥都会学习其来源MAC，添加进这个表。Linux中这个表叫CAM表(这个名字是其它资料上看的)。

        如果桥的状态是LEARNING或FORWARDING(学习或转发)，则学习该包的源地址skb->mac.ethernet->h_source，

        将其添加到CAM表中，如果已经存在于表中了，则更新定时器，br_fdb_insert完成了这一过程*/

        if (p->state == BR_STATE_LEARNING
||

            p->state
== BR_STATE_FORWARDING)

               
br_fdb_insert(br, p, skb->mac.ethernet->h_source,
0);        

        /*

* STP协议的BPDU包的目的MAC采用的是多播目标MAC地址：

* 01-80-c2-00-00-00（Bridge_group_addr：网桥组多播地址），这里先判断网桥是否

* 开启了STP（由用户层来控制，如brctl），如果开启了，则比较目的地址前5位

* 是否与多播目标MAC地址相同：

* (!memcmp(dest, bridge_ula, 5)

* 如果相同，如果地址第6位非空

* !(dest[5] & 0xF0)) 

* 那么这确定是一个STP的BPDU包，则跳转到handle_special_frame，将处理权

* 将给函数br_stp_handle_bpdu

       */

        if (br->stp_enabled &&

           
!memcmp(dest, bridge_ula, 5) &&

            !(dest[5]
& 0xF0))

goto handle_special_frame;

        

        /*处理钩子函数，然后转交br_handle_frame_finish函数继续处理*/

        if (p->state ==
BR_STATE_FORWARDING) {

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

                       
br_handle_frame_finish);

               
read_unlock(&br->lock);

               
return;

        }

err:

        read_unlock(&br->lock);

err_nolock:

        kfree_skb(skb);

        return;

handle_special_frame:

        if (!dest[5]) {

               
br_stp_handle_bpdu(skb);

               
return;

        }

        kfree_skb(skb);

}

可见，这个函数中有三个重要的地方：

1、地址学习：br_fdb_insert

2、STP的处理：br_stp_handle_bpdu

3、br_handle_frame_finish，我们还没有查CAM表，转发数据呢……

我们先来看网桥的进一步处理br_handle_frame_finish，地址学习等内容，后面再来分析。

4、br_handle_frame_finish

        static int
br_handle_frame_finish(struct sk_buff *skb)

{

        struct net_bridge *br;

        unsigned char *dest;

        struct net_bridge_fdb_entry *dst;

        struct net_bridge_port *p;

        int passedup;

/*前面基本相同*/

        dest =
skb->mac.ethernet->h_dest;

        p = skb->dev->br_port;

        if (p == NULL)

               
goto err_nolock;

        br = p->br;

        read_lock(&br->lock);

        if (skb->dev->br_port == NULL)

               
goto err;

        passedup =
0;        

        /*

* 如果网桥的虚拟网卡处于混杂模式，那么每个接收到的数据包都需要克隆一份

* 送到AF_PACKET协议处理体(网络软中断函数net_rx_action中ptype_all链的

* 处理)。

*/

        if (br->dev.flags &
IFF_PROMISC) {

               
struct sk_buff *skb2;

skb2 = skb_clone(skb, GFP_ATOMIC);

               
if (skb2 != NULL) {

                       
passedup = 1;

                       
br_pass_frame_up(br, skb2);

               
}

        }

/*

* 目的MAC为广播或多播，则需要向本机的上层协议栈传送这个数据包，这里

* 有一个标志变量passedup，用于表示是否传送过了，如果已传送过，那就算了

*/

        if (dest[0] & 1) {

               
br_flood_forward(br, skb, !passedup);

               
if (!passedup)

                       
br_pass_frame_up(br, skb);

               
goto out;

        }

/*

* 用户层常常需要用到一个虚拟的地址来管理网桥，如果目的地址非常，且为本

* 地址地址，则交由上层函数处理

*/

        if (dst != NULL &&
dst->is_local) {

               
if (!passedup)

                       
br_pass_frame_up(br, skb);

               
else

                       
kfree_skb(skb);

               
br_fdb_put(dst);

               
goto out;

        }        

        /*查询CAM表，如果查到表了，转发之*/

        if (dst != NULL) {

               
br_forward(dst->dst, skb);

               
br_fdb_put(dst);

               
goto out;

        }

        /*如果表里边查不到，那么只好学习学习HUB了……*/

        br_flood_forward(br, skb, 0);

out:

        read_unlock(&br->lock);

        return 0;

err:

        read_unlock(&br->lock);

err_nolock:

        kfree_skb(skb);

        return 0;

}

在这个函数中，涉及到两个重要方面：

1、查表：br_forward

2、网桥数据转发：br_fdb_put。

另外，网桥的处理中，还涉及到内核中一些重要的数据结构：

对Linux上所有接口进行网桥划分，可以把一组端口划分到一个网桥之中，同时一个系统上允许有多个网桥。内核描述一个网桥，使用了struct net_bridge结构：

struct net_bridge

{

        struct
net_bridge               
*next;                       
//下一个网桥

       
rwlock_t                       
lock;                       
//读写锁

        struct
net_bridge_port               
*port_list;               
//桥组中的端口列表

        

/* 网桥都会有一个虚拟设备用来进行管理，就是它了。说到这里，我想到了以前一个没有解决的问题：对网桥管理IP配置后，发现其虚拟的MAC地址是动态生成的，取的是桥组中某一个物理端口的MAC地址（好像是第一个），这样，如果远程管理时就有麻烦：如果你动态调整网桥中的端口，如删除某个网卡出去，用于管理的虚拟网卡的地址就有可以改变，导致不能远程管理，盼指点如何解决此问题呢？也许看完整个代码就会也答案……*/

        struct
net_device               
dev;                        

        struct
net_device_stats               
statistics;               
//网桥虚拟网卡的统计数据

       
rwlock_t                       
hash_lock;               
//hash表的读写锁，这个表就是用于存放桥的MAC-PORT对应表

        struct
net_bridge_fdb_entry       
*hash[BR_HASH_SIZE];        //就是这张表了，也叫CAM表

        struct
timer_list               
tick;

        /*以下定义了STP协议所使用的信息，参见STP协议的相关定义*/

       
bridge_id                       
designated_root;

       
int                               
root_path_cost;

       
int                               
root_port;

       
int                               
max_age;

       
int                               
hello_time;

       
int                               
forward_delay;

       
bridge_id                       
bridge_id;

       
int                               
bridge_max_age;

       
int                               
bridge_hello_time;

       
int                               
bridge_forward_delay;

       
unsigned                       
stp_enabled:1;

       
unsigned                       
topology_change:1;

       
unsigned                       
topology_change_detected:1;

        struct
br_timer                       
hello_timer;

        struct
br_timer                       
tcn_timer;

        struct
br_timer                       
topology_change_timer;

        struct
br_timer                       
gc_timer;

       
int                               
ageing_time;

        int                               
gc_interval;

};

可以看出，桥中有几个重要的地方：

1、桥的端口成员：struct net_bridge_port  
*port_list;

2、桥的CAM表：struct
net_bridge_fdb_entry *hash[BR_HASH_SIZE];

3、桥的虚拟网卡

4、STP

桥的虚拟网卡是一个struct net_device设备，它在2.4中是如此庞大，要对它在这里进行分析无疑是非常困难的，改天大家一起讨论吧。

STP的相关成员的定义与STP包的结构是紧密相关的，看了其包结构，可以分析出这些成员了，不再一一列举了。

网桥中的端口，用struct net_bridge结构表示，它实际上表示的是接收该数据包的网桥的端口的相关信息：

struct net_bridge_port

{

        struct
net_bridge_port               
*next;               
//网桥端口组中的下一个端口

        struct
net_bridge               
*br;               
//当前端口（接收数据包这个）所在的桥组

        struct
net_device               
*dev;               
//本端口所指向的物理网卡

       
int                               
port_no;        //本端口在网桥中的编号

       
port_id                               
port_id;        

       
int                               
state;

       
int                               
path_cost;

       
bridge_id                       
designated_root;

       
int                               
designated_cost;

       
bridge_id                       
designated_bridge;

       
port_id                               
designated_port;

       
unsigned                       
topology_change_ack:1;

       
unsigned                       
config_pending:1;

       
int                               
priority;

        struct
br_timer                       
forward_delay_timer;

        struct
br_timer                       
hold_timer;

        struct
br_timer                       
message_age_timer;

};

这个结构对应了内核缓存中的skb->dev->br_port;

整个网桥的源码框架就这样了，学习，查表，进行STP处理，数据传送。

第二部份，CAM表的学习与查找

前一章说过，CAM表的学习，是通过br_fdb_insert函数，而查找，则是调用了br_forward函数



1、CAM表的结构

每一个地址-端口对应的项称为fdb项，内核中使用链表来组织fdb，它是一个struct net_bridge_fdb_entry

类型：



#define BR_HASH_BITS 8

#define BR_HASH_SIZE (1 << BR_HASH_BITS)



struct net_bridge_fdb_entry

{

        struct net_bridge_fdb_entry 
      *next_hash;       
  //用于CAM表连接的链表指针

        struct net_bridge_fdb_entry 
      **pprev_hash;    
   //为什么是pprev不是prev呢？还没有仔细去研究

        atomic_t       
              
 use_count;          
   //此项当前的引用计数器

        mac_addr       
              
 addr;             
     //MAC地址

        struct net_bridge_port    
           *dst;    
        //此项所对应的物理端口

        unsigned long    
                 
 ageing_timer;      //处理MAC超时

        unsigned       
              
 is_local:1;             //是否是本机的MAC地址

        unsigned       
              
 is_static:1;             //是否是静态MAC地址

};



内核中，整个CAM表是用br->hash[hash_value]这个数组来存储的，其中hash_value是根据源MAC地址进行hash运算得出的一个值，

这样，br->hash[hash]就指向了此源MAC地址对应的fdb项所在的链表的首部。这样说可能有点复杂，可用下图来表示：

br->hash[hash_0]->fdb1->fdb2->fdb3……

br->hash[hash_1]->fdb1->fdb2->fdb3……

br->hash[hash_2]->fdb1->fdb2->fdb3……

br->hash[hash_3]->fdb1->fdb2->fdb3……

……

其中的hash_0、hash_1……是通过对源MAC地址进行hash运算求出的。so
easy……



2、br_fdb_insert

/*

* Function:br_fdb_insert

* Purpose：网桥CAM表的学习，查询新收到的源MAC-端口在原来表中是否有变化，以便更新CAM表

* Arguments：

*         struct net_bridge *br=>当前网桥

*        struct net_bridge_port *source=>源端口

*        unsigned char *addr=>源地址

*        int is_local=>是否为本地

* Return:

*        void

*/

void br_fdb_insert(struct net_bridge *br,

                  
struct net_bridge_port *source,

                  
unsigned char *addr,

                  
int is_local)

{

        struct net_bridge_fdb_entry *fdb;

        int hash;



        /*

         * CAM表是一个数组，每个数组元素又是一个链表，这里根据源地址，求对应的hash值，也就是当前源地址在表中的对应的编号id，

         * 这样，就可以通过br->hash[id]来访问该地址对应的fdb项的链表了。

        */

        hash = br_mac_hash(addr);



    
   write_lock_bh(&br->hash_lock);    
           /*加锁*/

        fdb = br->hash[hash]; 
                 
    /*取得当前源地址对应的fdb项链表*/

        

        /*如果链表不为空，则遍历该链表，找到地址匹配的项，然后替换它*/

        while (fdb != NULL) {

                if
(!fdb->is_local &&

                
   !memcmp(fdb->addr.addr, addr, ETH_ALEN)) {

                
       __fdb_possibly_replace(fdb, source, is_local);

                
       write_unlock_bh(&br->hash_lock);

                
       return;

                }



                fdb =
fdb->next_hash;

        }



        /*如果链表为空，则为新的fdb项分配空间，构建fdb项，然后构建hash
链表*/

        fdb = kmalloc(sizeof(*fdb), GFP_ATOMIC);

        if (fdb == NULL) {

               
write_unlock_bh(&br->hash_lock);

                return;

        }



        memcpy(fdb->addr.addr, addr,
ETH_ALEN);

        atomic_set(&fdb->use_count, 1);

        fdb->dst = source;

        fdb->is_local = is_local;

        fdb->is_static = is_local;

        fdb->ageing_timer = jiffies;



        /*因为本项源地址对应的hash值已计算出来了，则直接将本项给当前桥br*/

        __hash_link(br, fdb, hash);



    
   write_unlock_bh(&br->hash_lock);    
           /*解锁*/

}



这个函数中涉及到三个重要函数：

1、br_mac_hask：计算地址对应的hash值；

2、__fdb_possibly_replace：替换fdb项；

3、__hash_link：将当前项fdb插入hash表中；



A、br_mac_hask



函数用于计算地址对应的hash值。

将MAC地址逐字节左移两位，然后与下一字节值求异或，完成之后，再将高8位和低8位再异或，最后使用return
x & (BR_HASH_SIZE - 1);将hash值限定在指定范围之内。

static __inline__ int br_mac_hash(unsigned char *mac)

{

        unsigned long x;



        x = mac[0];

        x = (x << 2) ^ mac[1];

        x = (x << 2) ^ mac[2];

        x = (x << 2) ^ mac[3];

        x = (x << 2) ^ mac[4];

        x = (x << 2) ^ mac[5];



        x ^= x >> 8;



        /*

         * #define BR_HASH_BITS 8

         * #define BR_HASH_SIZE (1 <<
BR_HASH_BITS)

         */

        return x & (BR_HASH_SIZE - 1);

}



B、__fdb_possibly_replace

因为在链表的循环查找中，发现当前源地址已在表项中存在，所以，需要更新它，这是一个单纯的替换操作：



static __inline__ void __fdb_possibly_replace(struct net_bridge_fdb_entry *fdb,

                
                 
           struct net_bridge_port *source,

                
                 
           int is_local)

{

        if (!fdb->is_static || is_local) {

                fdb->dst =
source;                
       /*更新当前地址所对应的端口*/

               
fdb->is_local = is_local;

               
fdb->is_static = is_local;

               
fdb->ageing_timer = jiffies;

        }

}



C、__hash_link



函数将待插入项ent插入到hash值对应的桥的br->hash[hash]的链表的第一个项



static __inline__ void __hash_link(struct net_bridge *br,

                
              
   struct net_bridge_fdb_entry *ent,

                
              
   int hash)

{

        /*让ent->next指向链表首部，这样后边br->hash[hash]=ent，于是链首指针就指向ent了*/

        ent->next_hash = br->hash[hash];

        if (ent->next_hash != NULL)

               
ent->next_hash->pprev_hash = &ent->next_hash;    
           /*回指上一个元素*/

        br->hash[hash] = ent;

        ent->pprev_hash =
&br->hash[hash];          
     /*ent->pprev回指链首指针*/

}



3、br_forward

/*

* Function:br_fdb_insert

* Purpose：网桥CAM表的查找，查找待发送数据包目的MAC地址对应的fdb 表项

* Arguments：

*         struct net_bridge *br=>当前网桥

*        unsigned char *addr=>待查找地址

* Return:

*        net_bridge_fdb_entry *=>查找到的fdb项，未查到则为NULL

*/

struct net_bridge_fdb_entry *br_fdb_get(struct net_bridge *br, unsigned char
*addr)

{

        struct net_bridge_fdb_entry *fdb;



    
   read_lock_bh(&br->hash_lock);    
           /*加锁*/

        fdb =
br->hash[br_mac_hash(addr)];        /*计算地址对应的hash值*/

        

        /*遍历链表，查找与地址相匹配的fdb项*/

        while (fdb != NULL) {

                if
(!memcmp(fdb->addr.addr, addr, ETH_ALEN)) {

                
       if (!has_expired(br, fdb)) {

                
           
   atomic_inc(&fdb->use_count);

                
           
   read_unlock_bh(&br->hash_lock);

                
               return
fdb;

                
       }



                
       read_unlock_bh(&br->hash_lock);

                
       return NULL;

                }



                fdb =
fdb->next_hash;

        }



    
   read_unlock_bh(&br->hash_lock);    
           /*解锁*/

        return NULL;

}



这样，网桥中最重要的学习/查表的全过程就这样了，如果没有STP，那么全过程就是这样，当然，如果网桥

打开了STP开关，则网桥需要进行STP的相关处理，STP的处理，是网桥中的一个重要部份，将在下一章进行分析。

第三部份，STP的实现分析初步



一、STP的框架结构

STP发送的是BPDU包，该包有所有两种类型：配置和TCN（拓朴变更通知）；

对于BPDU包的处理，有两种：接收和发送（废话），

对于配置类型的BPDU包的发送，它是靠定时器来完成的，参BPDU包的几个定时器参数；

对于TCP类型的BPDU包的发送，从名字可以看出来，它是当发现拓朴结构发生变更时发送的，如本机网桥配置的变化，物理接口的变动，分析其它机器变动后发出来的STP包等等。



BPDU的封包采用的是IEEE802封包（本想把封包结构的图片贴上来，找不着在哪儿上传图片）。



前面分析过， br_handle_frame函数中，当网桥开启了STP，且根据目的物理地址判断出这是一个STP包，则交给br_stp_handle_bpdu函数处理。

br_stp_handle_bpdu函数主要是判断是哪种类型的BPDU包，然后调用相关的处理函数，即：

if(type==config)

{

    br_received_config_bpdu();

}

else if(type==tcn)

{

    br_received_tcn_bpdu();

}



这是对接收到BPDU包的处理，关于config类型的BPDU包的发送，后面再分析；TCN包的发送，有一部份是在接收包处理过程中处理的（因为分析config类型的BPDU包的时候，发现拓朴变更，当然要发送TCN包了），所以这里一起来分析。



二、Config类型的BPDU包的接收处理

这个处理过程是在拆完BPDU包后，调用br_received_config_bpdu函数完成的。

还是得先交待一些理论的东西：



STP协议最终是为了在网络中生成一棵无环状的树，以期消除广播风暴以及单播数据帧对网络的影响。它始终在选举三样东东：

1、根网桥；

2、根端口；

3、“指定端口”和“指定网桥”



（这三个概念非常重要，如果你还不清楚，建议查阅相关文档先，否则下边的代码分析也无从谈起了）

然后再根据选举出来的这三个东东，确定端口的状态：阻塞、转发、学习、监听、禁用……

要选举出这三样东东，得有一个判断标志，即算法，STP的判断标准是：

1、判断根桥ID，以最小的为优；

2、判断到根桥的最小路径开销；

3、确定最小发送发BID（Sender
BID）

4、确定最小的端口ID



如果前面你查阅了BPDU的封包结构，根桥ID、最小路径开销、发送方网桥的ID、端口ID这几个概念应该没有问题了，不过这里还是简单交一下：

1、根桥ID，我们配置了网桥后，用brctl命令会发现8000.XXXXXX这样一串，这就是网桥的ID号，用一标识每一个网桥，后面的XXXX一般的桥的MAC地址，这样ID值就不会重复。根桥ID，是指网络中所有网桥的ID值最小的那一个，对应的具有根桥ID的桥，当然也是网络的根桥了；



2、最小路径开销

动态路由中也类似这个概念，不过这里用的不是跳数（局域网不比广域网，不一定跳数大就慢，比如跳数小，是10M链路，跳数大的却是千兆链路），最初的开销定义为1000M/链种带宽，当然，这种方式不适用于万兆网了……所以后来又有一个新的，对每一种链路定义一个常数值——详请请查阅相关资料；



3、发送方ID

网桥之前要收敛出一个无环状拓朴，就需要互相发送BPDU包，当然需要把自己的ID告诉对方，这样对方好拿来互相比较；



4、端口ID

端口ID由优先级+端口编号组成，用于标识某个桥的某个端口，后面比较时好用。



生成树算法就是利用上述四个参数在判断，判断过程总是相同的：

1、确定根桥，桥ID最小的（即把包中的桥ID，同自己以前记录的那个最小的桥ID相比，机器加电时，总是以自己的桥ID为根桥ID）的为根桥；



2、确定最小路径开销；



3、确定最小发送方ID；



4、确定最小的端口ID：



这四步非常地重要，后面的所以比较都是这四个步骤。



有了这些概念，来看看对config类型的BPDU包的处理：



void br_received_config_bpdu(struct net_bridge_port *p, struct br_config_bpdu
*bpdu)

{

        struct net_bridge *br;

        int was_root;



        if (p->state == BR_STATE_DISABLED)

                return;



        br = p->br;

        read_lock(&br->lock);



        /*自己是根桥吗？用自己的br_ID和BPDU包中的根ID相比较*/

        was_root = br_is_root_bridge(br);

        

        /*比桥BPDU包中的信息(bpdu)和原先的对应的信息(p)，如果需要更新，返回1，相同返回0，不需更新返回-1*/

        if (br_supersedes_port_info(p, bpdu)) {

                /*刷新自己的相关信息*/

               
br_record_config_information(p, bpdu);

                /*进行root_bridge、port的选举*/

               
br_configuration_update(br);

                /*设置端口状态*/

               
br_port_state_selection(br);



以上这一段的逻辑概念很简单：

1、把收到的BPDU包中的参数同自己原先记录的相比较，（遵循前面说的四个比较步骤），以判断是否需要进行更新——br_supersedes_port_info(p, bpdu)。

2、如果判断需要进行更新，即上述四个步骤中，有任意一项有变动，则刷新自己的保存记录：br_record_config_information(p,
bpdu);

3、因为有变动，就需要改变自己的配置了：br_configuration_update(br);即前面说的，根据四步判断后选举根桥（注：根桥不是在这里选举的，前文说过，它是定时器定时发送BPDU包，然后收到的机器只需改变自己的记录即可）、根端口、指定端口；

4、设置物理端口的转发状态：br_port_state_selection





2.1 br_supersedes_port_info(p, bpdu)





/* called under bridge lock */

static int br_supersedes_port_info(struct net_bridge_port *p, struct
br_config_bpdu *bpdu)

{

        int t;

/*第一步*/

        t = memcmp(&bpdu->root,
&p->designated_root, ;

        if (t < 0)

                return 1;

        else if (t > 0)

                return 0;

/*第二步*/

        if (bpdu->root_path_cost <
p->designated_cost)

                return 1;

        else if (bpdu->root_path_cost >
p->designated_cost)

                return 0;

/*第三步，要同两个桥ID比：已记录的最小发送ID和自己的ID*/

        t = memcmp(&bpdu->bridge_id,
&p->designated_bridge, ;

        if (t < 0)

                return 1;

        else if (t > 0)

                return 0;



        if (memcmp(&bpdu->bridge_id,
&p->br->bridge_id, )

                return 1;

/*第四步*/

        if (bpdu->port_id <=
p->designated_port)

                return 1;



        return 0;

}



2.2 br_record_config_information

如果检测到有变动，则刷新自己的记录先：

/* called under bridge lock */

static void br_record_config_information(struct net_bridge_port *p, struct
br_config_bpdu *bpdu)

{

        p->designated_root = bpdu->root;

        p->designated_cost =
bpdu->root_path_cost;

        p->designated_bridge =
bpdu->bridge_id;

        p->designated_port = bpdu->port_id;

/*设置时间戳，关于STP的时间处理，后面来分析*/

    
   br_timer_set(&p->message_age_timer, jiffies -
bpdu->message_age);

}



p对应的四个成员的概念对照BPDU封包结构，不难理解其含义：

        p->designated_root：                指定的根网桥的网桥ID

        p->designated_cost ：                指定的到根桥的链路花销

        p->designated_bridge：                指定的发送当前BPDU包的网桥的ID

        p->designated_port：                指定的发送当前BPDU包的网桥的端口的ID



2。3 br_configuration_update前面说过，根桥的选举不是在这里进行，这里进行根端口和指定端口的选举

/* called under bridge lock */

void br_configuration_update(struct net_bridge *br)

{

        

               
br_root_selection(br);/*选举根端口*/

        br_designated_port_selection(br);/*选举指定端口*/

}



2.3.1 根端口的选举br_root_selection根端口的选举同样是以上四个步骤，只是有一点小技巧：它逐个遍历桥的每一个所属端口，找出一个符合条件的，保存下来，再用下一个来与之做比较，用变量root_port 来标志：

/* called under bridge lock */

static void br_root_selection(struct net_bridge *br)

{

        struct net_bridge_port *p;

        int root_port;



        root_port = 0;

/*获得桥的所属端口列表*/

        p = br->port_list;

/* 这个循环非常重要，它遍历桥的每一个端口，进行以上四步判断，找到一个，将其“保存”下来，然后再用下一个与保存的相比较，直至遍历完，找到最优的那个，这个“保存”打了引号，是因为它仅仅是记当了端口编号：root_port = p->port_no;，然后再将其传递给比较函数br_should_become_root_port*/

        while (p != NULL) {

                if
(br_should_become_root_port(p, root_port))

                
       root_port = p->port_no;



                p =
p->next;

        }



        br->root_port = root_port;

/*找完了还没有找到，则认为自己就是根桥……*/

        if (!root_port) {

               
br->designated_root = br->bridge_id;

               
br->root_path_cost = 0;

        } 

/*否则记录相应的值*/

               else {

                p =
br_get_port(br, root_port);

               
br->designated_root = p->designated_root;

               
br->root_path_cost = p->designated_cost + p->path_cost;

        }

}



br_should_become_root_port函数用以判断端口p是否应该变成根端口，与它相比较的是原来那个根端口，函数第二个参数则为此的ID号，在函数中调用 br_get_port获取该端口：



/* called under bridge lock */

static int br_should_become_root_port(struct net_bridge_port *p, int root_port)

{

        struct net_bridge *br;

        struct net_bridge_port *rp;

        int t;



        br = p->br;

/*若当前端口是关闭状态或为一个指定端口，则不参与选举，返回*/

        if (p->state == BR_STATE_DISABLED ||

            br_is_designated_port(p))

                return 0;

/*在根端口的选举中，根桥是没有选举权的*/

        if (memcmp(&br->bridge_id,
&p->designated_root,  <= 0)

                return 0;



/*没有指定等比较的端口ID（因为第一次它初始化为0的）*/

        if (!root_port)

                return 1;



/*获取待比较的根端口*/

        rp = br_get_port(br, root_port);



/*又是四大步，像打蓝球*/

        t = memcmp(&p->designated_root,
&rp->designated_root, ;

        if (t < 0)

                return 1;

        else if (t > 0)

                return 0;



        if (p->designated_cost +
p->path_cost <

            rp->designated_cost +
rp->path_cost)

                return 1;

        else if (p->designated_cost +
p->path_cost >

             
   rp->designated_cost + rp->path_cost)

                return 0;



        t = memcmp(&p->designated_bridge,
&rp->designated_bridge, ;

        if (t < 0)

                return 1;

        else if (t > 0)

                return 0;



        if (p->designated_port <
rp->designated_port)

                return 1;

        else if (p->designated_port >
rp->designated_port)

                return 0;



        if (p->port_id < rp->port_id)

                return 1;



        return 0;

}



这样，遍历完成后，根端口就被选出来了。



2。3。2 指定端口的选举br_designated_port_selection

/* called under bridge lock */

static void br_designated_port_selection(struct net_bridge *br)

{

        struct net_bridge_port *p;



        p = br->port_list;

        while (p != NULL) {

                if
(p->state != BR_STATE_DISABLED &&

                
   br_should_become_designated_port(p))

                
       br_become_designated_port(p);



                p =
p->next;

        }

}

事实上这个过程与根端口的选举过程极为类似，没有分析的必要了！



2。3。3 端口状态选择

/* called under bridge lock */

void br_port_state_selection(struct net_bridge *br)

{

        struct net_bridge_port *p;



        p = br->port_list;

        while (p != NULL) {

                if
(p->state != BR_STATE_DISABLED) {

                
       if (p->port_no == br->root_port) {

                
           
   p->config_pending = 0;

                
           
   p->topology_change_ack = 0;

                
           
   br_make_forwarding(p);

                
       } else if (br_is_designated_port(p)) {

                
           
   br_timer_clear(&p->message_age_timer);

                
           
   br_make_forwarding(p);

                
       } else {

                
           
   p->config_pending = 0;

                
           
   p->topology_change_ack = 0;

                
           
   br_make_blocking(p);

                
       }

                }



                p =
p->next;

        }

}



函数的逻辑结构也很简单：

遍历整个桥所属端口：

while (p != NULL)

如果端口已经DISABLED，则没有判断的必要了：

p->state != BR_STATE_DISABLED



如果端口是根端口，或者是指定端口，就让让它forwarding，否则就让它blocking：



                
       if (p->port_no == br->root_port) {

                
           
   p->config_pending = 0;

                
           
   p->topology_change_ack = 0;

                
           
   br_make_forwarding(p);

                
       } else if (br_is_designated_port(p)) {

                
           
   br_timer_clear(&p->message_age_timer);

                
           
   br_make_forwarding(p);

                
       } else {

                
           
   p->config_pending = 0;

                
           
   p->topology_change_ack = 0;

                
           
   br_make_blocking(p);

                
       }



/* called under bridge lock */

static void br_make_forwarding(struct net_bridge_port *p)

{

        if (p->state == BR_STATE_BLOCKING) {

               
printk(KERN_INFO "%s: port %i(%s) entering %s state\n",

                
      p->br->dev.name, p->port_no,
p->dev->name, "listening");



                p->state =
BR_STATE_LISTENING;

               
br_timer_set(&p->forward_delay_timer, jiffies);

        }

}



/* called under bridge lock */

static void br_make_blocking(struct net_bridge_port *p)

{

        if (p->state != BR_STATE_DISABLED
&&

            p->state !=
BR_STATE_BLOCKING) {

                if
(p->state == BR_STATE_FORWARDING ||

                
   p->state == BR_STATE_LEARNING)

                
       br_topology_change_detection(p->br);



               
printk(KERN_INFO "%s: port %i(%s) entering %s state\n",

                
      p->br->dev.name, p->port_no,
p->dev->name, "blocking");



                p->state =
BR_STATE_BLOCKING;

               
br_timer_clear(&p->forward_delay_timer);

        }

}



都是设置p->state 相应状态位就可以了！！ 



三、选举完成之后

实在不会取名字了，前面分析了br_received_config_bpdu中前面的判断、刷新、选举、设置端口状态的过程，然而，如果桥认为当前这个BPDU是一个“最优的”（即符合前面判断四步中的某一步），所作的动作不止于此：

1、如果因为这个BPDU导致拓朴变化了，如自己以前是根桥，现在不是了，需要发送TCN包，进行通告；

2、需要把这个BPDU包继续转发下去（如果自己收到数据的端口是根端口的话，那么就有可能有许多交换机（网桥）串在自己的指定端口下边，总得把这个包能过指定端口再发给它们吧，否则交换机就不叫交换机了）



指下来继续看代码：

/*前面说的第1步*/

                
    if (!br_is_root_bridge(br) && was_root) {

                
       br_timer_clear(&br->hello_timer);

                
       if (br->topology_change_detected) {

                
           
   br_timer_clear(&br->topology_change_timer);

                
           
   br_transmit_tcn(br);

                
           
   br_timer_set(&br->tcn_timer, jiffies);

                
       }

                }

/*前面说的第2步*/

                if
(p->port_no == br->root_port) {

                
       br_record_config_timeout_values(br, bpdu);

                
       br_config_bpdu_generation(br);

                
       if (bpdu->topology_change_ack)

                
           
   br_topology_change_acknowledged(br);

                }



tcn包的发送，呆会单独来分析，先来看br_config_bpdu_generation函数，这个函数也很简单：遍历桥的所有端口，如果是指定端口，就发送一个config 类型的BPDU包：

/* called under bridge lock */

void br_config_bpdu_generation(struct net_bridge *br)

{

        struct net_bridge_port *p;



        p = br->port_list;

        while (p != NULL) {

                if
(p->state != BR_STATE_DISABLED &&

                
   br_is_designated_port(p))

                
       br_transmit_config(p);



                p =
p->next;

        }

}

然后就是层层函数调用，组包，最终是调用dev_queue_xmit函数发送出去的。



如果收到这个BPDU包，不是“最优”的，而接收数据包的接口不是根端口，直接将转发出去就可以了，起个中继的作用：

else if (br_is_designated_port(p))

{                

               
br_reply(p);             
  

}

br_reply同样调用了br_transmit_config函数