Linux 网络设备 - Bridge 详解

在阅读本篇文章前，需要先前置阅读：

• Linux 网络设备 - TUN/TAP

• Linux 网络设备 - Bridge & Veth Pair

在之前介绍 Bridge 的文章中，我们讲到 Bridge 是一个虚拟网桥，工作在二层，功能类似于传统的物理交换机。然后也通过 Bridge 完成了容器间网络打通和容器访问外部网络的实验，但是由于篇幅有限，对于 Bridge 内具体的数据包是如何流转的并没有一个直观的认识，所以本文我们再对 Bridge 进行一点扩展实验，观察其工作方式。

实验环境概览

首先介绍一下实验环境，中间主要有三个 namespace 组成：

• root：系统默认 namespace，里面包含物理网卡enp0s5，和 Linux Bridge br0；
• ns0：用于模拟容器网络，通过 veth pair veth0和veth0_br与root的网络打通；
• ns1：用于模拟容器网络，通过 veth pair veth1和veth1_br与root的网络打通；

在本实验中，br0上会陆续接入veth0_br、veth1_br、tap0以及enp0s5设备，用于在二层打通各 namespace 间的网络以及物理网络。

我们在之前介绍 TUN/TAP 设备的文章中有讲到，TAP 工作在二层，可以接收到以太网帧，所以我们创建了tap0设备，在它绑定的用户程序进程中仅打印接收到的数据包，不做任何回包。这里仅仅是使用tap0的特性来观察br0的运作是否符合预期。

观察容器间网络

最基础的设备是网桥，这里我们先创建网桥：

$ brctl addbr br0
$ ip link set br0 up

先来创建namespace ns0，新增 veth pair 设备veth0和veth0_br，其中veth0这端放入ns0：

$ ip netns add ns0

$ ip link add veth0 type veth peer name veth0_br

$ ip link set dev veth0 netns ns0

$ ip netns exec ns0 ip addr add 10.1.1.100/24 dev veth0
$ ip netns exec ns0 ip link set veth0 up
$ ip link set veth0_br up

veth pair 设置好后，我们将veth0_br插入网桥br0：

$ brctl addif br0 veth0_br

我们知道网桥是有 mac table 的，它会学习并记录 mac 与 port 的关联关系，所以这里我们也查看一下br0的 mac table。

可以看到veth0_br的 mac 已经记录在表中：

# `veth0_br`的 mac 地址是：ce:85:09:8a:b1:7b
$ ip a
...
5: veth0_br@if6: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 1500 qdisc noqueue master br0 state UP group default qlen 1000
    link/ether ce:85:09:8a:b1:7b brd ff:ff:ff:ff:ff:ff link-netns ns0
    inet6 fe80::cc85:9ff:fe8a:b17b/64 scope link 
       valid_lft forever preferred_lft forever

$ brctl showmacs br0
port no	mac addr		is local?	ageing timer
  1	ce:85:09:8a:b1:7b	yes		   0.00
  1	ce:85:09:8a:b1:7b	yes		   0.00

veth0_br的 mac 对应 port 1，这是符合预期的。但同时我们也知道，在 port 1 除了veth0_br外，还应该有逻辑上与它直接连接的veth0设备，只是此时veth0还没有任何请求发起，所以br0`不知道它的存在。

我们在ns0发起一个 ping 请求，虽然我们知道不会通，但是内核仍然会发起 arp 广播，这个 arp 请求在ns0中会发送到veth0网卡，同时立刻被投递到插入了br0的veth0_br，br0就会知道 port 1 还有另外一个设备：

# shell-0
$ ip netns exec ns0 ping 10.1.1.200

# shell-1
# `veth0`的 mac 地址是：da:ff:de:36:22:8e
$ ip netns exec ns0 ip a
...
9: veth0@if8: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 1500 qdisc noqueue state UP group default qlen 1000
    link/ether da:ff:de:36:22:8e brd ff:ff:ff:ff:ff:ff link-netnsid 0
    inet 10.1.1.100/24 scope global veth0
       valid_lft forever preferred_lft forever
    inet6 fe80::d8ff:deff:fe36:228e/64 scope link 
       valid_lft forever preferred_lft forever

$ brctl showmacs br0
port n