本文以DM9000网卡为例，分析linux内核中vlan模块在接收到vlan类型数据帧时的处理流程。

1. vlan类型数据帧的接收过程

       DM9000接收数据时采用中断模式，没有采用NAPI模式。当网卡收到一帧数据时，会向CPU发一个中断请求信号，随后内核会响应此中断请求，进入到之前已经注册好的中断服务程序dm9000_interrupt中。在dm9000_interrupt中，会检查状态寄存器，判断是否是接收到数据类型的中断，随后会进入到dm9000_rx中，在进入到此函数后，会先分配一个sk_buff，这个结构体描述一个数据缓冲区的信息，此数据缓冲区用来存放网卡接收到的数据。此后，通过IO操作，将网卡中的帧数据复制到已经申请好的空间中。

       这时sk_buff状态如下图：

 

     调用skb->protocol = eth_type_trans(skb, dev);由于收到的是vlan数据帧，eth_type_trans函数的返回值为0X8100，skb->protocol的值被修改为0X8100，eth_type_trans内部也修改了sk_buff内部data指针，跳过了ether-type字段，修改后sk_buff状态如下图：

       接着调用netif_rx函数，提交到softnet_data中的输入队列input_pkt_queue中，即将当前sk_buf挂载到input_pkt_queue指向的一条循环链表中。softnet_data定义如下：

struct softnet_data
{
	struct Qdisc			*output_queue;
	struct sk_buff_head		input_pkt_queue;
	struct list_head		poll_list;
	struct sk_buff			*completion_queue;

	struct napi_struct		backlog;
};

       每个CPU核心,拥有一个softnet_data变量，这样在对softnet_data变量进行操作时，不需要担心临界区问题，可以提高效率。在提交给softnet_data中的输入队列之后，会将softnet_data中的backlog挂载到poll_list中去，这个作用稍后再说。随后执行了__raise_softirq_irqoff函数，即唤醒了软中断响应函数。对数据包解析，递交给协议栈的工作实际是由软中断做的，中断只是负责了把数据拷贝到数据sk_buff中，并把sk_buff挂载到输入队列中去，同时软中断则负责从输入队列中取数据并进一步解析。

       在软中断的响应函数net_rx_action中，会检查poll_list链表是否为空，如果刚刚从网卡收到数据，那么backlog已经挂载到poll_list链表中了。poll_list链表中挂载的是struct napi_struct类型结构体，链表中的每存在这样一个节点，就表示有这么一张napi模式下的网卡目前已经收到数据，需要内核调用struct napi_struct的poll成员，即一个回调函数来取数据。对于非napi模式的网卡而言，会将取得的数据挂到input_pkt_queue中，同时将一个通用性的backlog挂载到链表中。 backlog此时并不代表napi模式下网卡取得数据，只是为了代码的兼容性定义的变量，它实际上表示非napi模式下的网卡取得数据，已经挂到input_pkt_queue中了，需要调用backlog中的回调函数从input_pkt_queue中取数据。

static int process_backlog(struct napi_struct *napi, int quota)
{
	int work = 0;
	struct softnet_data *queue = &__get_cpu_var(softnet_data);
	unsigned long start_time = jiffies;

	napi->weight = weight_p;
	do {
		struct sk_buff *skb;

		local_irq_disable();
		skb = __skb_dequeue(&queue->input_pkt_queue);
		if (!skb) {
			__napi_complete(napi);
			local_irq_enable();
			break;
		}
		local_irq_enable();

		netif_receive_skb(skb);
	} while (++work < quota && jiffies == start_time);

	return work;
}

这个函数实质上就是从input_pkt_queue队列上取数据，并调用netif_receive_skb函数进行解析。

 

终于步入正题netif_receive_skb，在netif_receive_skb中，会执行这样的代码：

	type = skb->protocol;
	list_for_each_entry_rcu(ptype,
			&ptype_base[ntohs(type) & PTYPE_HASH_MASK], list) {
		if (ptype->type == type &&
		    (ptype->dev == null_or_orig || ptype->dev == skb->dev ||
		     ptype->dev == orig_dev)) {
			if (pt_prev)
				ret = deliver_skb(skb, pt_prev, orig_dev);
			pt_prev = ptype;
		}
	}

在从网卡取得数据时，skb->protocol赋为0x8100，此时，会从ptype_base链表中，查找类型为0x8100的节点，并调用其包处理函数vlan_skb_recv，在这里，会对带有tag的帧进行解析。

如果接收到此数据帧的物理口eth0已经加入到vlan 1000中，则针对此物理口eth0，内核会创建一个虚拟口eth0.1000，那么反过来，我们完全可以通过查找这样的虚拟口eth0.2000是否存在，来查看eth0是否加入到到vlan 2000中。

	skb->dev = __find_vlan_dev(dev, vlan_id);
	if (!skb->dev) {
		pr_debug("%s: ERROR: No net_device for VID: %u on dev: %s\n",
			 __func__, vlan_id, dev->name);
		goto err_unlock;
	}

这段代码实质上是判断vlan是否加入到指定的vlan_id中，如果没有则退出，如果有的话，则进行下一步的操作，最终执行netif_rx函数。

 

这个skb_buf再次挂到输入队列input_pkt_queue，此时tag已经被剥掉了，也就是说data指向了真正的数据了。

       再次沿着熟悉的道路进入到netif_receive_skb中，这时skb->protocol已经是去掉tag之后的类型了，例如是IP、ARP类型，再次从ptype_base链表里查找相应的处理函数，就不会再进入到vlan的处理代码中去了，而是进入到相应的IP的，或者是ARP的处理函数中去。

2. vlan与网桥的关系

 

       如图所示，物理上支持vlan划分的交换机，有4个端口，1、2、3、4，在这个基础上，我们可以划分为两个vlan，分别是vlan m、vlan n。vlan m包括1、2端口，vlan n包括3、4端口。实际上，vlan m即为一台逻辑上的交换机，vlan n也是一台逻辑上的交换机。当然，它们是附着于当前的物理交换机上。

       在linux内核中实现的虚拟网桥，实际上就是模拟了一台交换机，对于图示的情况，它只能模拟vlan m和vlan n两台逻辑上的交换机，并不能模拟那台物理交换机。因为网桥模块并没有对vlan类型数据帧做出特殊的处理，换言之，linux内核中的网桥，是不支持再次进行vlan划分的。网桥中的各个端口是完全可以互相通信的，我们完全可以将之视作为一个基本的二层交换机。对于物理上的交换机来说，是先有了N个端口，再将这些端口划分为若干个vlan；对于linux而言，则需要先创建个网桥，然后将同一个vlan的端口绑定到这个网桥上，依次创建了很多网桥，也就是创建了很多逻辑上的交换机，最终共同的模拟一台物理上的交换机。

       如图设置，eth1、eth2、eth0共属于vlan10，其中eth1、eth2为access口，eth0为trunck 口，eth3、eth4、eth5、eth0共属于vlan20，其中eth3、eth4、eth5为access口，eth0为trunk口。

       当trunk口eth0收到一帧数据时，由于eth0并未加入到桥中，故handle_bridge并未被调用，随后如前面的分析，被vlan模块解析，如果是不带tag的帧，那么直接被丢弃，如果是带tag的帧，比如是tag 10，则最终变为eth0.10收到一帧数据，接着又调用了netif_receive_skb函数，此时tag标签已经被去掉。由于eth0.10被绑到桥上，故这次会进到handle_bridge函数中，如果目的mac为桥上的端口，则直接向上提交给协议栈，否则则通过当前的CAM表进行转发。由此可以看到，eth1、eth2实际上就是access口，而eth0就是trunk口。

3. 后记

       长文码字不易，如开发过程中能用上仿真器、烧录器、USB转RS485，USB转RS232，蓝牙调试串口等调试工具设备，可TB搜索联汇通信支持