• Linux 的 網(wǎng)橋 是一種虛擬設(shè)備（使用軟件實現(xiàn)），可以將 Linux 內(nèi)部多個網(wǎng)絡(luò)接口連接起來，如下圖所示：

• 而將網(wǎng)絡(luò)接口連接起來的結(jié)果就是，一個網(wǎng)絡(luò)接口接收到網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包后，會復(fù)制到其他網(wǎng)絡(luò)接口中，如下圖所示：

• 如上圖所示，當網(wǎng)絡(luò)接口A接收到數(shù)據(jù)包后，網(wǎng)橋 會將數(shù)據(jù)包復(fù)制并且發(fā)送給連接到 網(wǎng)橋 的其他網(wǎng)絡(luò)接口（如上圖中的網(wǎng)卡B和網(wǎng)卡C）。

• Docker 就是使用 網(wǎng)橋 來進行容器間通訊的，我們來看看 Docker 是怎么利用 網(wǎng)橋 來進行容器間通訊的，原理如下圖：

• Docker 在啟動時，會創(chuàng)建一個名為 docker0 的 網(wǎng)橋，并且把其 IP 地址設(shè)置為 172.17.0.1/16（私有 IP 地址）。然后使用虛擬設(shè)備對 veth-pair 來將容器與 網(wǎng)橋 連接起來，如上圖所示。而對于 172.17.0.0/16 網(wǎng)段的數(shù)據(jù)包，Docker 會定義一條 iptables NAT 的規(guī)則來將這些數(shù)據(jù)包的 IP 地址轉(zhuǎn)換成公網(wǎng) IP 地址，然后通過真實網(wǎng)絡(luò)接口（如上圖的 ens160 接口）發(fā)送出去。

• 接下來，我們主要通過代碼來分析 網(wǎng)橋 的實現(xiàn)。

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網(wǎng)橋的實現(xiàn)

1. 網(wǎng)橋的創(chuàng)建

• 我們可以通過下面命令來添加一個名為 br0 的 網(wǎng)橋 設(shè)備對象：

然后，我們可以通過命令 brctl show 來查看系統(tǒng)中所有的 網(wǎng)橋 設(shè)備列表，如下：

當使用命令創(chuàng)建一個新的 網(wǎng)橋 設(shè)備時，會觸發(fā)內(nèi)核調(diào)用 br_add_bridge() 函數(shù)，其實現(xiàn)如下：

• br_add_bridge() 函數(shù)主要完成以下幾個工作：

1. 調(diào)用 new_nb() 函數(shù)創(chuàng)建一個 網(wǎng)橋 設(shè)備對象。

2. 調(diào)用 __dev_get_by_name() 函數(shù)檢查設(shè)備名是否已經(jīng)被注冊過，如果注冊過返回錯誤信息。

3. 將 網(wǎng)橋 設(shè)備對象添加到 bridge_list 鏈表中，內(nèi)核使用 bridge_list 鏈表來保存所有 網(wǎng)橋 設(shè)備。

4. 調(diào)用 register_netdev() 將網(wǎng)橋設(shè)備注冊到網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中。

• 從上面的代碼可知，網(wǎng)橋 設(shè)備使用了 net_bridge 結(jié)構(gòu)來描述，其定義如下：

• 在 net_bridge 結(jié)構(gòu)中，比較重要的字段為 port_list 和 hash：

1. port_list：網(wǎng)橋端口列表，保存著綁定到 網(wǎng)橋 的網(wǎng)絡(luò)接口列表。

2. hash：保存著以網(wǎng)絡(luò)接口 MAC地址 為鍵值，以網(wǎng)橋端口為值的哈希表。

• 網(wǎng)橋端口 使用結(jié)構(gòu)體 net_bridge_port 來描述，其定義如下：

而 net_bridge_fdb_entry 結(jié)構(gòu)用于描述網(wǎng)絡(luò)接口設(shè)備 MAC地址 與 網(wǎng)橋端口 的對應(yīng)關(guān)系，其定義如下：

• 這三個結(jié)構(gòu)的對應(yīng)關(guān)系如下圖所示：

• 可見，要將 網(wǎng)絡(luò)接口設(shè)備 綁定到一個 網(wǎng)橋 上，需要使用 net_bridge_port 結(jié)構(gòu)來關(guān)聯(lián)的，下面我們來分析怎么將一個 網(wǎng)絡(luò)接口設(shè)備 綁定到一個 網(wǎng)橋 中。

網(wǎng)橋是工作在 TCP/IP 協(xié)議棧的第二層，也就是說，網(wǎng)橋能夠根據(jù)目標 MAC 地址對數(shù)據(jù)包進行廣播或者單播。當目標 MAC 地址能夠從網(wǎng)橋的 hash 表中找到對應(yīng)的網(wǎng)橋端口，說明此數(shù)據(jù)包是單播的數(shù)據(jù)包，否則就是廣播的數(shù)據(jù)包。

2. 將網(wǎng)絡(luò)接口綁定到網(wǎng)橋

• 要將一個 網(wǎng)絡(luò)接口設(shè)備 綁定到一個 網(wǎng)橋 上，可以使用以下命令：

• 上面的命令讓網(wǎng)絡(luò)接口 eth0 綁定到網(wǎng)橋 br0 上。

• 當調(diào)用命令將網(wǎng)絡(luò)接口設(shè)備綁定到網(wǎng)橋上時，內(nèi)核會觸發(fā)調(diào)用 br_add_if() 函數(shù)來實現(xiàn)，其代碼如下：

• br_add_if() 函數(shù)主要完成以下工作：

1. 調(diào)用 new_nbp() 函數(shù)創(chuàng)建一個新的 網(wǎng)橋端口 并且添加到 網(wǎng)橋 的 port_list 鏈表中。

2. 將網(wǎng)絡(luò)接口設(shè)備設(shè)置為 混雜模式。

3. 調(diào)用 br_fdb_insert() 函數(shù)將新建的 網(wǎng)橋端口 插入到網(wǎng)絡(luò)接口 MAC地址 對應(yīng)的哈希表中。

• 也就是說，br_add_if() 函數(shù)主要建立 網(wǎng)絡(luò)接口設(shè)備 與 網(wǎng)橋 的關(guān)系。

3. 網(wǎng)橋中的網(wǎng)絡(luò)接口接收數(shù)據(jù)

• 當某個 網(wǎng)絡(luò)接口 接收到數(shù)據(jù)包時，會判斷這個 網(wǎng)絡(luò)接口 是否綁定到某個 網(wǎng)橋 上，如果綁定了，那么就調(diào)用 handle_bridge() 函數(shù)處理這個數(shù)據(jù)包。handle_bridge() 函數(shù)實現(xiàn)如下：

br_handle_frame_hook 是一個函數(shù)指針，其指向 br_handle_frame() 函數(shù)，我們來分析 br_handle_frame() 函數(shù)的實現(xiàn)：

br_handle_frame() 函數(shù)的實現(xiàn)比較簡單，首先對 網(wǎng)橋 進行上鎖操作，然后調(diào)用 __br_handle_frame() 處理數(shù)據(jù)包，我們來分析 __br_handle_frame() 函數(shù)的實現(xiàn)：

• __br_handle_frame() 函數(shù)主要完成以下幾個工作：

1. 首先將從數(shù)據(jù)包中學習到的MAC地址插入到網(wǎng)橋的hash表中。

2. 如果數(shù)據(jù)包是一個廣播包（目標MAC地址的第一位為1），那么調(diào)用 br_flood() 函數(shù)把數(shù)據(jù)包發(fā)送給連接到網(wǎng)橋上的所有網(wǎng)絡(luò)接口。

3. 調(diào)用 br_fdb_get() 獲取目標MAC地址對應(yīng)的網(wǎng)橋端口，如果目標MAC地址對應(yīng)的網(wǎng)橋端口存在，那么調(diào)用 br_forward() 函數(shù)把數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)給此端口。

4. 否則調(diào)用 調(diào)用 br_flood() 函數(shù)把數(shù)據(jù)包發(fā)送給連接到網(wǎng)橋上的所有網(wǎng)絡(luò)接口。

• 函數(shù) br_forward() 用于把數(shù)據(jù)包發(fā)送給指定的網(wǎng)橋端口，其實現(xiàn)如下：

• br_forward() 函數(shù)通過調(diào)用 __br_forward() 函數(shù)來發(fā)送數(shù)據(jù)給指定的網(wǎng)橋端口，__br_forward() 函數(shù)首先將數(shù)據(jù)包的輸出接口設(shè)備設(shè)置為網(wǎng)橋端口綁定的設(shè)備，然后調(diào)用 dev_queue_xmit() 函數(shù)將數(shù)據(jù)包發(fā)送出去。

• 而 br_flood() 函數(shù)用于將數(shù)據(jù)包發(fā)送給綁定到 網(wǎng)橋 上的所有網(wǎng)絡(luò)接口設(shè)備，其實現(xiàn)如下：

br_flood() 函數(shù)的實現(xiàn)也比較簡單，主要是遍歷綁定到網(wǎng)橋的所有網(wǎng)絡(luò)接口設(shè)備，然后調(diào)用 __br_forward() 函數(shù)將數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)給設(shè)備對應(yīng)的端口。