Linux Bridge - Part 2

概览

在前一篇文章中，我描述了Linux 网桥（bridge）的配置，并展示了一个实验，其中使用Wireshark来分析流量。在本文中，我将讨论当创建一个网桥时会发生什么，以及Linux 网桥（bridge）的工作原理。

与网桥（bridge）相关的源代码可以在这里找到。

网桥设备

摘自《深入理解LINUX网络内幕》：

在Linux中，网桥(bridge)是一个虚拟设备。因此，除非你将其与一个或多个实际设备绑定，否则它无法接收或传输任何数据。

阅读上一篇文章后，有人问我，既然网桥(bridge)是一个第2层设备，为什么我们在运行ifconfig br0时会看到一个IP地址与之相关联呢？答案是，Linux的实现将网桥(bridge)和路由器(router)的功能结合在了一起。我们知道，网桥(bridge)有一个上行链路，它可以连接到路由器。而在Linux网桥(bridge)中，这种连接被内置于内核内部。这个路由器实际上就是网桥(bridge)所绑定的实际设备。我们稍后会详细讨论这部分内容。为了理解网桥(bridge)，我们可以简单地将这个IP地址视为网桥(bridge)的默认网关。如果我们想要一个私有网桥(bridge)的话，这个IP地址并不是必需的。

注：在Linux网络模型中，网桥(bridge)虽然本质上是二层设备，但其设计允许它拥有IP地址并执行层三的功能，主要是因为Linux将网桥(bridge)与路由器的部分功能进行了融合。这样做的目的是为了提供更加灵活的网络配置能力。然而，对于纯粹的层二桥接需求，这个IP地址可以忽略，因为桥接器的主要任务是在同一广播域内的设备之间转发数据包。

网桥数据结构

net_bridge 结构体的定义可以在这里找到。

下面仅列出了一些重要的字段：

struct net_bridge
{
    spinlock_t          lock;
    struct list_head    port_list;
    struct net_device   *dev;

    spinlock_t          hash_lock;
    struct hlist_head   hash[BR_HASH_SIZE];
    bridge_id           bridge_id;
    ...
}

port_list 是桥接器所拥有的端口列表。每个桥接器最多可以拥有 BR_MAX_PORTS（1024）个端口。dev 是指向表示桥接设备的 net_device 结构的指针。hash 是一个具有 BR_HASH_SIZE（256）个条目的转发哈希表。以便于快速查找和转发数据包。

创建网桥设备

可以通过命令 brctl addbr br0 来创建一个网桥。最终，这会调用带有请求 SIOCBRADDBR 的 ioctl 函数。

通过strace跟踪创建网桥的系统调用：

# strace brctl addbr br0
execve("/sbin/brctl", ["brctl", "addbr", "br0"], [/* 17 vars */]) = 0
...
ioctl(3