linux DSA 開發(fā)（一）

本文主要是翻譯，原文鏈接如下：https://www.kernel.org/doc/html/latest/networking/dsa/dsa.html

綱要

本文檔描述了**分布式交換機(jī)架構(gòu) (DSA)**子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則、限制、與其他子系統(tǒng)的交互、如何為該子系統(tǒng)開發(fā)驅(qū)動(dòng)程序

設(shè)計(jì)原則

分布式交換機(jī)架構(gòu)最早是用于支持使用 Linux 的 Marvell 以太網(wǎng)交換機(jī)的子系統(tǒng)（MV88E6xxx），但此后也發(fā)展為支持其他供應(yīng)商。

這種設(shè)計(jì)背后的原始理念是能夠使用未經(jīng)修改的 Linux 工具（如bridge、iproute2、ifconfig）直接用來(lái)配置/查詢交換機(jī)端口網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。

以太網(wǎng)交換機(jī)通常由多個(gè)前面板端口和一個(gè)或多個(gè) CPU (管理) 端口組成。DSA 子系統(tǒng)目前依賴于管理端口的存在，管理端口連接到以太網(wǎng)控制器，該控制器能夠從交換機(jī)接收以太網(wǎng)幀。對(duì)于小型家庭和辦公產(chǎn)品中的各種以太網(wǎng)交換機(jī)來(lái)說(shuō)，這是一種非常常見(jiàn)的設(shè)置：路由器、網(wǎng)關(guān)，甚至是機(jī)架式交換機(jī)。此主機(jī)以太網(wǎng)控制器稍后將在 DSA 術(shù)語(yǔ)和代碼中稱為“主控”和“cpu”。

DSA 中的 D 代表分布式（Distributed），因?yàn)樵撟酉到y(tǒng)的設(shè)計(jì)能夠配置和管理級(jí)聯(lián)交換機(jī)（上游和下游相互連接的多個(gè)交換機(jī)）。這些特定端口在 DSA 術(shù)語(yǔ)和代碼中稱為 dsa port。相互連接的多個(gè)交換機(jī)的集合稱為“交換機(jī)樹”(switch tree)

對(duì)于交換機(jī)每個(gè)前面板端口，DSA 將創(chuàng)建專門的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備( 對(duì)應(yīng)于 lan*)，用作 Linux 網(wǎng)絡(luò)堆棧中的控制和數(shù)據(jù)流端點(diǎn)，這些專用網(wǎng)絡(luò)接口在 DSA 術(shù)語(yǔ)和代碼中被稱為“slave”網(wǎng)絡(luò)接口

使用 DSA 的理想情況是當(dāng)以太網(wǎng)交換機(jī)支持“交換機(jī)標(biāo)簽(switch tag )”時(shí)，（這是一種硬件功能，需要硬件支持。）switch tag 用于使交換機(jī)為它從特定端口接收/發(fā)送的每個(gè)以太網(wǎng)幀插入一個(gè)特定的標(biāo)簽，以讓管理接口知道：

• 這個(gè)幀來(lái)自哪個(gè)端口
• 這個(gè)幀被轉(zhuǎn)發(fā)的原因是什么
• 如何將 CPU 發(fā)起的流量發(fā)送到特定端口

不過(guò)，該子系統(tǒng)確實(shí)支持無(wú)法插入/剝離標(biāo)簽的交換機(jī)，但在這種情況下，功能可能會(huì)受到輕微限制（流量分離依賴于基于端口的 VLAN ID）。

請(qǐng)注意，DSA 當(dāng)前不會(huì)為“cpu”和“dsa”端口創(chuàng)建網(wǎng)絡(luò)接口，因?yàn)?#xff1a;

• “cpu”端口是管理控制器面向以太網(wǎng)交換機(jī)的一側(cè)，創(chuàng)建的話您將獲得同一管道的兩個(gè)接口：master netdev和“cpu”netdev ， 造成重復(fù)，這是不必要的
• “dsa”端口只是兩個(gè)或多個(gè)交換機(jī)之間的管道，因此不能真正用作適當(dāng)?shù)木W(wǎng)絡(luò)接口

switch-tag 協(xié)議

DSA 支持許多特定于供應(yīng)商的標(biāo)記協(xié)議、一種軟件定義的標(biāo)記協(xié)議以及一種無(wú)標(biāo)記模式 ( DSA_TAG_PROTO_NONE)。

標(biāo)簽協(xié)議的確切格式是特定于供應(yīng)商的，但總的來(lái)說(shuō)，它們都包含以下內(nèi)容：

• 標(biāo)識(shí)以太網(wǎng)幀來(lái)自/應(yīng)該發(fā)送到哪個(gè)端口
• 提供將此幀轉(zhuǎn)發(fā)到管理接口的原因

所有的標(biāo)記協(xié)議都在net/dsa/tag_*.c文件中，并實(shí)現(xiàn)了結(jié)構(gòu)的方法，下面詳述。struct dsa_device_ops

標(biāo)記協(xié)議通常屬于以下三類之一：

switch-tag 位于 Ethernet header 之前，向右移動(dòng)（從 DSA 主機(jī)的幀解析器的角度來(lái)看）MAC DA、MAC SA、EtherType 和整個(gè) L2 有效載荷。

switch-tag 位于 EtherType 之前，從 DSA 主機(jī)的角度來(lái)看，將 MAC DA 和 MAC SA 保持在適當(dāng)?shù)奈恢?#xff0c;但將“真實(shí)”的 EtherType 和 L2 有效載荷移到右側(cè)。

switch-tag 位于數(shù)據(jù)包的尾部，將所有幀頭保持在適當(dāng)?shù)奈恢?#xff0c;并且不會(huì)改變 DSA 主機(jī)的幀解析器所擁有的數(shù)據(jù)包視圖。

查看 switch-tag 協(xié)議類型

root@OpenWrt:/# cat /sys/class/net/eth0/dsa/tagging trailer

主控網(wǎng)絡(luò)設(shè)備(master netdev )

主網(wǎng)絡(luò)設(shè)備通常是常規(guī)以太網(wǎng)接口，無(wú)需對(duì)驅(qū)動(dòng)做特殊修改。DSA 子系統(tǒng)已被證明可以與行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)驅(qū)動(dòng)程序一起使用： e1000e, mv643xx_eth等等，而無(wú)需對(duì)這些驅(qū)動(dòng)程序進(jìn)行修改。這種網(wǎng)絡(luò)設(shè)備也經(jīng)常被稱為管道網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，因?yàn)樗鼈兂洚?dāng)主機(jī)處理器和硬件以太網(wǎng)交換機(jī)之間的管道。

網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧中的鉤子函數(shù)

當(dāng) master netdev 與 DSA 一起使用時(shí)，在網(wǎng)絡(luò)堆棧中放置一個(gè)鉤子函數(shù)，以便讓 DSA 子系統(tǒng)處理以太網(wǎng)交換機(jī)特定的標(biāo)記協(xié)議。典型的以太網(wǎng)幀接收序列如下所示：

主控網(wǎng)絡(luò)設(shè)備（例如：e1000e）：

接收中斷觸發(fā)：

• 接收函數(shù)被調(diào)用
• 完成基本的數(shù)據(jù)包處理：獲取長(zhǎng)度、狀態(tài)等。
• 數(shù)據(jù)包準(zhǔn)備由以太網(wǎng)層通過(guò)調(diào)用 eth_type_trans

net/ethernet/eth.c:

eth_type_trans(skb, dev)if (dev->dsa_ptr != NULL)-> skb->protocol = ETH_P_XDSA

drivers/net/ethernet/*:

netif_receive_skb(skb)-> iterate over registered packet_type-> invoke handler for ETH_P_XDSA, calls dsa_switch_rcv()

net/dsa/dsa.c:

-> dsa_switch_rcv()-> invoke switch tag specific protocol handler in 'net/dsa/tag_*.c'

net/dsa/tag_*.c:

• inspect and strip switch tag protocol to determine originating port
• locate per-port network device
• invoke eth_type_trans() with the DSA slave network device
• invoked netif_receive_skb()

到了這一步，DSA 的 slave netdev (lan*)會(huì)收到一個(gè)常規(guī)以太網(wǎng)幀。

從屬網(wǎng)絡(luò)設(shè)備 （slave netdev）

DSA 創(chuàng)建的從網(wǎng)絡(luò)設(shè)備堆疊在其主網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的頂部( 例如 lan1@eth0)，這些網(wǎng)絡(luò)接口中負(fù)責(zé)作為交換機(jī)每個(gè)前面板端口的控制和數(shù)據(jù)流端點(diǎn)。這些接口專門用于：

• 在向/從特定交換機(jī)端口發(fā)送/接收流量時(shí)插入/刪除交換機(jī)標(biāo)簽協(xié)議
• 查詢交換機(jī)的 ethtool 操作：統(tǒng)計(jì)信息、鏈接狀態(tài)、LAN 喚醒、register dumps …
• 外部/內(nèi)部 PHY 管理：鏈接、自動(dòng)協(xié)商等。

這些從屬網(wǎng)絡(luò)設(shè)備具有自定義的 net_device_ops 和 ethtool_ops 函數(shù)指針，它們?cè)试S DSA 在網(wǎng)絡(luò)堆棧/ethtool 和交換機(jī)驅(qū)動(dòng)程序?qū)崿F(xiàn)之間引入一個(gè)分層級(jí)別。

在從這些從屬網(wǎng)絡(luò)設(shè)備傳輸幀時(shí)，DSA 將查找當(dāng)前向這些網(wǎng)絡(luò)設(shè)備注冊(cè)的交換機(jī)標(biāo)記協(xié)議，并調(diào)用特定的傳輸例程，負(fù)責(zé)在以太網(wǎng)幀中添加相關(guān)的交換機(jī)標(biāo)記。

然后，這些幀將排隊(duì)等待使用主網(wǎng)絡(luò)設(shè)備ndo_start_xmit()功能進(jìn)行傳輸 ，因?yàn)樗鼈儼m當(dāng)?shù)慕粨Q機(jī)標(biāo)簽，以太網(wǎng)交換機(jī)將能夠處理這些來(lái)自管理接口的傳入幀，并將這些幀傳送到物理交換機(jī)端口。

圖示

總結(jié)一下，從網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的角度來(lái)看，DSA 基本上是這樣子：

Unaware applicationopens and binds socket| ^| |+-----------v--|--------------------+|+------+ +------+ +------+ +------+||| swp0 | | swp1 | | swp2 | | swp3 |||+------+-+------+-+------+-+------+|| DSA switch driver |+-----------------------------------+| ^Tag added by | | Tag consumed byswitch driver | | switch driverv |+-----------------------------------+| Unmodified host interface driver | Software --------+-----------------------------------+------------| Host interface (eth0) | Hardware+-----------------------------------+| ^Tag consumed by | | Tag added byswitch hardware | | switch hardwarev |+-----------------------------------+| Switch ||+------+ +------+ +------+ +------+||| swp0 | | swp1 | | swp2 | | swp3 ||++------+-+------+-+------+-+------++

slave MDIO 總線

略

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

DSA 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)在include/net/dsa.h以及 中定義net/dsa/dsa_priv.h：

略

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的linux DSA 开发（一）的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。

如果覺(jué)得生活随笔網(wǎng)站內(nèi)容還不錯(cuò)，歡迎將生活随笔推薦給好友。