# 802.1D - Overview

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## 目標：把多個 LAN 合併

Bridge 的任務是把不同的 *LAN* 連接起來，使得位於不同 *LAN* 的兩個節點在經過連接之後，可以彼此傳輸。


以上面這個例子來說，LAN A 與 LAN B 以這樣的設備連及起來之後，LAN A 與 LAN A 的節點就能互相傳輸。

### 任務一：擔任 LAN 之間的「閘門」 --- Forwarding

不過，除了單純連接在一起之外，也希望這個 bridge 可以擔任類似「閘門」的角色，不會盲目地讓所有封包廣播到所有節點上。舉例來說，若 7 號節點要傳輸給 6 號節點時，這個 bridge 就不會讓這個封包被廣播到 LAN A 上。這個「依照封包目的地決定是否要讓他通過」的目標，稱為 *forwarding*。

### 任務二：往哪邊轉送？ --- Address Learning

在決定「哪個封包可不可以通過」之前，首先要問題的是「怎麼知道哪個目的地在哪？」這個「在哪？」指得是「要往交換機的哪個 port 送」。以上面這個例子來說，Bridge 要想辦法知道 6 與 7 位於同一個 LAN 上，才知道不需要讓 6、7 之間的封包通過。因為 LAN 上的設備可能會動態地增減，所以這個「往哪邊轉送」的資訊也必須要隨時更新。而這個隨時更新的過程稱為 *address learning*。

### 任務三：避開 LAN 中的環 --- Loop Resolving

在比較簡單的拓樸中，所以的 bridge 與 LAN 形成一個樹。因為是樹，所以任二節點之間的路徑是唯一的，也因此兩個節點間轉送風包時，就會走這個唯一的路徑：


但另外一方面，如果這樣多個由 bridge 與 LAN 形成的網路中有環，那麼封包可能就會在這個環裡面不斷地繞圈圈而送不到目的地。


在碰到這種時候，這些 bridge 之間也要有辦法應對。而這個問題是用 *Spanning Tree Protocol* 來解決。

### 其它任務

因為是作為 LAN 之間的閘門，所以如流量控制、過濾封包、必要時分割封包等等。

## Bridge 架構

### 第一步：Bridge 接收廣播的封包

首先，一個 Bridge 的不同接口會各自連接不同的 LAN。每當與其連接的 LAN 上有裝置廣播時，一個 Bridge 就會把廣播的封包收下來：


### 第二步：Bridge 檢查封包並決定是否轉送

當一個 Bridge 收下一個封包之後，它就會看看自己的哪個接口可以通往封包目的地。如果有，那它就會把這個封包往那個接口所連接的 LAN 廣播：


## Forwarding Database (FDB)

這個「哪個接口可以通往哪個 MAC address」與「哪個 MAC address 要往哪個接口的 LAN 送」其實是藉由一個 Bridge 上的一個表來查詢的。這個表稱為 *forwarding database*，或是簡稱 *FDB*。舉例來說：


### 狀況一：直接相連

在這個例子中，第 1 號 Bridge 的 1 號接口連接 $E$ 與 $F$，所以它的 FDB 中的 $E$ 與 $F$ 就會是 1; 類似地，它 2 號接口連接 $A$ 與 $B$，因此 $A$ 與 $B$ 對應的條目就會是 2。

### 狀況二：間接相連

除了「直接相連」的結點之外，==「間接相連」的節點也有可能記錄起來==。舉例來說，$C$ 與 $D$ 雖然沒有與 Bridge 1 直接相連，但是可以藉由 Bridge 2 到達。因此若 Bridge 1 收到一個要往 $C$ 或 $D$ 送的封包，那麼它應該想辦法日 Bridge 2 收到這個封包。因此這時要把封包藉由自己的接口 2 往 Bridge 2 所在的 LAN 2 送。所以 $C$ 與 $D$ 在 FDB 對應的欄位為 1。

### 轉送時動態調整 FDB

這樣的 FDB 並不是事先建立好的，而是會在轉送封包的過程中，動態地調整當中的欄位。除此之外，FDB 的每一個欄位都會有一個有效期限，當這個有效期限到期時，這個條目就會「到期」，需要被移除。

### Linux 核心中的 FDB

FDB 相關的程式碼可以在 [`net/bridge/br_fdb.c`](https://elixir.bootlin.com/linux/latest/source/net/bridge/br_fdb.c) 裡面找到。這個檔案裡面還有這些 tracepoint：`trace_br_fdb_add`, `trace_fdb_delete`, `trace_br_fdb_update`, 以及 `trace_br_fdb_external_learn_add`。他們的定義可以在 [`include/trace/events/bridge.h`](https://elixir.bootlin.com/linux/latest/source/include/trace/events/bridge.h) 當中找到。

## 課程影片

> [Withdrawal of IEEE Std 802.1D-2004](https://www.ieee802.org/1/files/public/docs2020/liaison-ecma-8021D-withdrawal-1120-v01.pdf)

### 第 4A 講 IEEE 802.1D 交換機的擴張樹演算法 (Spanning Tree Algorithm) L01 1

{%youtube Xh2C7iZKXVo %}

### 第 4B 講 IEEE 802.1D 交換機的擴張樹演算法 (Spanning Tree Algorithm) L01 2

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