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Linux 的 网桥
是一种虚拟设备(使用软件实现),可以将 Linux 内部多个网络接口连接起来,如下图所示:
而将网络接口连接起来的结果就是,一个网络接口接收到网络数据包后,会复制到其他网络接口中,如下图所示:
如上图所示,当网络接口A接收到数据包后,网桥
会将数据包复制并且发送给连接到 网桥
的其他网络接口(如上图中的网卡B和网卡C)。
Docker 就是使用 网桥
来进行容器间通讯的,我们来看看 Docker 是怎么利用 网桥
来进行容器间通讯的,原理如下图:
Docker 在启动时,会创建一个名为 docker0
的 网桥
,并且把其 IP 地址设置为 172.17.0.1/16
(私有 IP 地址)。然后使用虚拟设备对 veth-pair
来将容器与 网桥
连接起来,如上图所示。而对于 172.17.0.0/16
网段的数据包,Docker 会定义一条 iptables NAT
的规则来将这些数据包的 IP 地址转换成公网 IP 地址,然后通过真实网络接口(如上图的 ens160
接口)发送出去。
接下来,我们主要通过代码来分析 网桥
的实现。
我们可以通过下面命令来添加一个名为 br0
的 网桥
设备对象:
[root@vagrant]# brctl addbr br0
然后,我们可以通过命令 brctl show
来查看系统中所有的 网桥
设备列表,如下:
[root@vagrant]# brctl show
bridge name bridge id STP enabled interfaces
br0 8000.000000000000 no
docker0 8000.000000000000 no
当使用命令创建一个新的 网桥
设备时,会触发内核调用 br_add_bridge()
函数,其实现如下:
int br_add_bridge(char *name)
{
struct net_bridge *br;
if ((br = new_nb(name)) == NULL) // 创建一个网桥设备对象
return -ENOMEM;
if (__dev_get_by_name(name) != NULL) { // 设备名是否已经注册过?
kfree(br);
return -EEXIST; // 返回错误, 不能重复注册相同名字的设备
}
// 添加到网桥列表中
br->next = bridge_list;
bridge_list = br;
...
register_netdev(&br->dev); // 把网桥注册到网络设备中
return 0;
}
br_add_bridge()
函数主要完成以下几个工作:
new_nb()
函数创建一个 网桥
设备对象。__dev_get_by_name()
函数检查设备名是否已经被注册过,如果注册过返回错误信息。网桥
设备对象添加到 bridge_list
链表中,内核使用 bridge_list
链表来保存所有 网桥
设备。register_netdev()
将网桥设备注册到网络设备中。从上面的代码可知,网桥
设备使用了 net_bridge
结构来描述,其定义如下:
struct net_bridge
{
struct net_bridge *next; // 连接内核中所有的网桥对象
rwlock_t lock; // 锁
struct net_bridge_port *port_list; // 网桥端口列表
struct net_device dev; // 网桥设备信息
struct net_device_stats statistics; // 信息统计
rwlock_t hash_lock; // 用于锁定CAM表
struct net_bridge_fdb_entry *hash[BR_HASH_SIZE]; // CAM表
struct timer_list tick;
/* STP */
...
};
在 net_bridge
结构中,比较重要的字段为 port_list
和 hash
:
port_list
:网桥端口列表,保存着绑定到 网桥
的网络接口列表。hash
:保存着以网络接口 MAC地址
为键值,以网桥端口为值的哈希表。网桥端口
使用结构体 net_bridge_port
来描述,其定义如下:
struct net_bridge_port
{
struct net_bridge_port *next; // 指向下一个端口
struct net_bridge *br; // 所属网桥设备对象
struct net_device *dev; // 网络接口设备对象
int port_no; // 端口号
/* STP */
...
};
而 net_bridge_fdb_entry
结构用于描述网络接口设备 MAC地址
与 网桥端口
的对应关系,其定义如下:
struct net_bridge_fdb_entry
{
struct net_bridge_fdb_entry *next_hash;
struct net_bridge_fdb_entry **pprev_hash;
atomic_t use_count;
mac_addr addr; // 网络接口设备MAC地址
struct net_bridge_port *dst; // 网桥端口
...
};
这三个结构的对应关系如下图所示:
可见,要将 网络接口设备
绑定到一个 网桥
上,需要使用 net_bridge_port
结构来关联的,下面我们来分析怎么将一个 网络接口设备
绑定到一个 网桥
中。
网桥是工作在 TCP/IP 协议栈的第二层,也就是说,网桥能够根据目标 MAC 地址对数据包进行广播或者单播。当目标 MAC 地址能够从网桥的 hash 表中找到对应的网桥端口,说明此数据包是单播的数据包,否则就是广播的数据包。
要将一个 网络接口设备
绑定到一个 网桥
上,可以使用以下命令:
[root@vagrant]# brctl addif br0 eth0
上面的命令让网络接口 eth0
绑定到网桥 br0
上。
当调用命令将网络接口设备绑定到网桥上时,内核会触发调用 br_add_if()
函数来实现,其代码如下:
int br_add_if(struct net_bridge *br, struct net_device *dev)
{
struct net_bridge_port *p;
...
write_lock_bh(&br->lock);
// 创建一个新的网桥端口对象, 并添加到网桥的port_list链表中
if ((p = new_nbp(br, dev)) == NULL) {
write_unlock_bh(&br->lock);
dev_put(dev);
return -EXFULL;
}
// 设置网络接口设备为混杂模式
dev_set_promiscuity(dev, 1);
...
// 添加到网络接口MAC地址与网桥端口对应的哈希表中
br_fdb_insert(br, p, dev->dev_addr, 1);
...
write_unlock_bh(&br->lock);
return 0;
}
br_add_if()
函数主要完成以下工作:
new_nbp()
函数创建一个新的 网桥端口
并且添加到 网桥
的 port_list
链表中。混杂模式
。br_fdb_insert()
函数将新建的 网桥端口
插入到网络接口 MAC地址
对应的哈希表中。也就是说,br_add_if()
函数主要建立 网络接口设备
与 网桥
的关系。
当某个 网络接口
接收到数据包时,会判断这个 网络接口
是否绑定到某个 网桥
上,如果绑定了,那么就调用 handle_bridge()
函数处理这个数据包。handle_bridge()
函数实现如下:
static int __inline__
handle_bridge(struct sk_buff *skb, struct packet_type *pt_prev)
{
int ret = NET_RX_DROP;
...
br_handle_frame_hook(skb);
return ret;
}
br_handle_frame_hook
是一个函数指针,其指向 br_handle_frame()
函数,我们来分析 br_handle_frame()
函数的实现:
void br_handle_frame(struct sk_buff *skb)
{
struct net_bridge *br;
br = skb->dev->br_port->br; // 获取设备连接的网桥对象
read_lock(&br->lock); // 对网桥上锁
__br_handle_frame(skb); // 调用__br_handle_frame()函数处理数据包
read_unlock(&br->lock);
}
br_handle_frame()
函数的实现比较简单,首先对 网桥
进行上锁操作,然后调用 __br_handle_frame()
处理数据包,我们来分析 __br_handle_frame()
函数的实现:
static void __br_handle_frame(struct sk_buff *skb)
{
struct net_bridge *br;
unsigned char *dest;
struct net_bridge_fdb_entry *dst;
struct net_bridge_port *p;
int passedup;
dest = skb->mac.ethernet->h_dest; // 目标MAC地址
p = skb->dev->br_port; // 网络接口绑定的端口
br = p->br;
passedup = 0;
...
// 将学习到的MAC地址插入到网桥的hash表中
if (p->state == BR_STATE_LEARNING || p->state == BR_STATE_FORWARDING)
br_fdb_insert(br, p, skb->mac.ethernet->h_source, 0);
...
if (dest[0] & 1) { // 如果是一个广播包
br_flood(br, skb, 1); // 把数据包发送给连接到网桥上的所有网络接口
if (!passedup)
br_pass_frame_up(br, skb);
else
kfree_skb(skb);
return;
}
dst = br_fdb_get(br, dest); // 获取目标MAC地址对应的网桥端口
...
if (dst != NULL) { // 如果目标MAC地址对应的网桥端口存在
br_forward(dst->dst, skb); // 那么只将数据包转发给此端口
br_fdb_put(dst);
return;
}
br_flood(br, skb, 0); // 否则发送给连接到此网桥上的所有网络接口
return;
...
}
__br_handle_frame()
函数主要完成以下几个工作:
br_flood()
函数把数据包发送给连接到网桥上的所有网络接口。br_fdb_get()
获取目标MAC地址对应的网桥端口,如果目标MAC地址对应的网桥端口存在,那么调用 br_forward()
函数把数据包转发给此端口。br_flood()
函数把数据包发送给连接到网桥上的所有网络接口。函数 br_forward()
用于把数据包发送给指定的网桥端口,其实现如下:
static void __br_forward(struct net_bridge_port *to, struct sk_buff *skb)
{
skb->dev = to->dev;
dev_queue_xmit(skb);
}
void br_forward(struct net_bridge_port *to, struct sk_buff *skb)
{
if (should_forward(to, skb)) { // 端口是否能够接收数据?
__br_forward(to, skb);
return;
}
kfree_skb(skb);
}
br_forward()
函数通过调用 __br_forward()
函数来发送数据给指定的网桥端口,__br_forward()
函数首先将数据包的输出接口设备设置为网桥端口绑定的设备,然后调用 dev_queue_xmit()
函数将数据包发送出去。
而 br_flood()
函数用于将数据包发送给绑定到 网桥
上的所有网络接口设备,其实现如下:
void br_flood(struct net_bridge *br, struct sk_buff *skb, int clone)
{
struct net_bridge_port *p;
struct net_bridge_port *prev;
...
prev = NULL;
p = br->port_list;
while (p != NULL) { // 遍历绑定到网桥的所有网络接口设备
if (should_forward(p, skb)) { // 端口是否能够接收数据包?
if (prev != NULL) {
struct sk_buff *skb2;
// 克隆一个数据包
if ((skb2 = skb_clone(skb, GFP_ATOMIC)) == NULL) {
br->statistics.tx_dropped++;
kfree_skb(skb);
return;
}
__br_forward(prev, skb2); // 把数据包发送给设备
}
prev = p;
}
p = p->next;
}
if (prev != NULL) {
__br_forward(prev, skb);
return;
}
kfree_skb(skb);
}
br_flood()
函数的实现也比较简单,主要是遍历绑定到网桥的所有网络接口设备,然后调用 __br_forward()
函数将数据包转发给设备对应的端口。
标签:shel count inline load drop signed 内核 设置 img
原文地址:https://www.cnblogs.com/still-smile/p/14932131.html