Linux网桥实现分析-STP的实现分析

1、#1  Linux网桥实现分析-第三部份，STP的实现分析初步Linux网桥实现分析作者：kendo版权所有，转载请注册出处第三部份，STP的实现分析初步一、STP的框架结构STP发送的是wikiBPDU/wiki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wikiTCP/wiki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

2、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B

3、PDU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：STPwiki协议/wiki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

4、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，

5、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

6、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) 

7、;       struct net_bridge *br;        int was_root;        if (p->state = BR_STATE_wikiDIS/wikiABLED)                return;        

8、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);                /

9、*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_infor

10、mation(p, bpdu);                /*进行root_bridge、port的选举*/                br_configuration_update(br);                /*设置端口状态*/    

11、60;          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

12、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_selection2.1 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)      &#

13、160; int t;/*第一步*/        t = memcmp(&bpdu->root, &p->designated_root, ;        if (t < 0)                return 1;        else if (t >

14、 0)                return 0;/*第二步*/        if (bpdu->root_path_cost < p->designated_cost)                return 1;        else if (

15、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, ;       

16、0;if (t < 0)                return 1;        else if (t > 0)                return 0;        if (memcmp(&bpdu->bridge_id, &

17、p->br->bridge_id, )                return 1;/*第四步*/        if (bpdu->port_id <= p->designated_port)                return 1;       

18、; 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;       

19、; 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

20、->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 ：   

21、60;            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：       

22、        指定的发送当前BPDU包的网桥的端口的ID2。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)                        b

23、r_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_bridg

24、e *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

25、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)    

26、                   root_port = p->port_no;                p = p->next;                br->root_port = root_port;/*找完

27、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;      &#

28、160;  /*否则记录相应的值*/               else                 p = br_get_port(br, root_port);                br->designated_root = p->designated_ro

29、ot;                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 */

30、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;

31、/*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*/    

32、   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)         

33、0;      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)   

34、             return 1;        else if (t > 0)                return 0;        if (p->designated_cost + p->path_cost <     &

35、#160;      rp->designated_cost + rp->path_cost)                return 1;        else if (p->designated_cost + p->path_cost >              &#

36、160;  rp->designated_cost + rp->path_cost)                return 0;        t = memcmp(&p->designated_bridge, &rp->designated_bridge, ;        if (t < 0) 

37、;               return 1;        else if (t > 0)                return 0;        if (p->designated_port < rp->designated_port) 

38、              return 1;        else if (p->designated_port > rp->designated_port)                return 0;        if (p->port_id <

39、 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)  &#

40、160;     struct net_bridge_port *p;        p = br->port_list;        while (p != NULL)                 if (p->state != BR_STATE_DISABLED &&   

41、0;                br_should_become_designated_port(p)                        br_become_designated_port(p);             

42、  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

43、_list;        while (p != NULL)                 if (p->state != BR_STATE_DISABLED)                         if (p->port_no = br->roo

44、t_port)                                 p->config_pending = 0;                             &

45、#160;  p->topology_change_ack = 0;                                br_make_forwarding(p);                    

46、0;    else if (br_is_designated_port(p)                                 br_timer_clear(&p->message_age_timer);              

47、0;                 br_make_forwarding(p);                         else                     

48、0;           p->config_pending = 0;                                p->topology_change_ack = 0;           

49、0;                    br_make_blocking(p);                                            

50、;            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：             

51、;           if (p->port_no = br->root_port)                                 p->config_pending = 0;           &#

52、160;                    p->topology_change_ack = 0;                                br_make_forwarding(p);   

53、;                      else if (br_is_designated_port(p)                                 br_timer_clear(&p->messa

54、ge_age_timer);                                br_make_forwarding(p);                         else    

55、;                             p->config_pending = 0;                                p-&

56、gt;topology_change_ack = 0;                                br_make_blocking(p);                        /* call

57、ed 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 staten",   &#

58、160;                   p->br->, p->port_no, p->dev->name, "listening");                p->state = BR_STATE_LISTENING;       

59、         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 &&

60、0;           p->state != BR_STATE_BLOCKING)                 if (p->state = BR_STATE_FORWARDING |                    p->state = BR_STATE_

61、LEARNING)                        br_topology_change_detection(p->br);                printk(KERN_INFO "%s: port %i(%s) entering %s staten",    

62、;                   p->br->, p->port_no, p->dev->name, "blocking");                p->state = BR_STATE_BLOCKING;        

63、0;       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T

64、CN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)         &#

65、160;               br_timer_clear(&br->hello_timer);                        if (br->topology_change_detected)            

66、0;                    br_timer_clear(&br->topology_change_timer);                                br_transmit_tcn(br);                             &