dpdk应用场景系列07--l2fwd (二层地址转发）

以太网帧结构

+-------------------+---------------------+---------------------+
|  目的MAC地址(6字节) |  源MAC地址(6字节)        | 以太网类型/长度(2字节) |
+-------------------+---------------------+---------------------+
|                       数据负载（46-1500字节）                    |
+-------------------+---------------------+---------------------+
|                           帧校验序列（FCS，4字节）               ｜
+---------------------------------------------------------------+

在 DPDK 中，以太网头部由 rte_ether_hdr 结构表示。以下是 rte_ether_hdr 结构的定义：

struct rte_ether_hdr {
    struct rte_ether_addr d_addr; /**< Destination address. */
    struct rte_ether_addr s_addr; /**< Source address. */
    uint16_t ether_type;          /**< Frame type. */
};

rte_ether_addr 结构表示一个 MAC 地址：

struct rte_ether_addr {
    uint8_t addr_bytes[6]; /**< Addr bytes in tx order */
};
代码示例：根据 MAC 地址转发数据包

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常见的 ether_type 值

• IPv4 (Internet Protocol version 4)
  ether_type 值：0x0800
  描述：表示以太网帧的负载是一个 IPv4 数据包。
• ARP (Address Resolution Protocol)
  ether_type 值：0x0806
  描述：表示以太网帧的负载是一个 ARP 数据包。
• Wake-on-LAN
  ether_type 值：0x0842
  描述：用于 Wake-on-LAN 魔术包。
• IETF TRILL Protocol
  ether_type 值：0x22F3
  描述：表示以太网帧的负载是 TRILL 数据包。
• DECnet Phase IV
  ether_type 值：0x6003
  描述：表示以太网帧的负载是 DECnet Phase IV 数据包。
• RARP (Reverse Address Resolution Protocol)
  ether_type 值：0x8035
  描述：表示以太网帧的负载是一个 RARP 数据包。
• AppleTalk (Ethertalk)
  ether_type 值：0x809B
  描述：表示以太网帧的负载是 AppleTalk 数据包。
• AppleTalk ARP (AARP)
  ether_type 值：0x80F3
  描述：表示以太网帧的负载是 AppleTalk ARP 数据包。
• VLAN-tagged frame (IEEE 802.1Q) & Shortest Path Bridging IEEE 802.1aq
  ether_type 值：0x8100
  描述：表示以太网帧包含 VLAN 标记。
• IPX (Internetwork Packet Exchange)
  ether_type 值：0x8137
  描述：表示以太网帧的负载是 IPX 数据包。
• QNX Qnet
  ether_type 值：0x8204
  描述：表示以太网帧的负载是 QNX Qnet 数据包。
• IPv6 (Internet Protocol version 6)
  ether_type 值：0x86DD
  描述：表示以太网帧的负载是一个 IPv6 数据包。
• Ethernet loopback packet
  ether_type 值：0x9000
  描述：用于以太网回环测试。
• MPLS unicast
  ether_type 值：0x8847
  描述：表示以太网帧的负载是 MPLS 单播数据包。
• MPLS multicast
  ether_type 值：0x8848
  描述：表示以太网帧的负载是 MPLS 多播数据包。
• PPP over Ethernet (PPPoE) Discovery Stage
  ether_type 值：0x8863
  描述：表示以太网帧的负载是 PPPoE 发现阶段的数据包。
• PPP over Ethernet (PPPoE) Session Stage
  ether_type 值：0x8864
  描述：表示以太网帧的负载是 PPPoE 会话阶段的数据包。
• Jumbo Frames
  ether_type 值：0x8870
  描述：用于支持巨型帧。
• EAP over LAN (IEEE 802.1X)
  ether_type 值：0x888E
  描述：表示以太网帧的负载是 EAPoL 数据包。
• PROFINET
  ether_type 值：0x8892
  描述：表示以太网帧的负载是 PROFINET 实时数据包。

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#include <rte_eal.h>
#include <rte_ethdev.h>
#include <rte_mbuf.h>
#include <rte_lcore.h>
#include <rte_ether.h>
#include <stdio.h>

#define MAX_PKT_BURST 32
#define MEMPOOL_CACHE_SIZE 256

static const struct rte_eth_conf port_conf_default = {
    .rxmode = {
        .max_rx_pkt_len = RTE_ETHER_MAX_LEN,
    },
};

// 初始化端口函数
static int port_init(uint16_t port, struct rte_mempool *mbuf_pool) {
    struct rte_eth_conf port_conf = port_conf_default;
    const uint16_t rx_rings = 1, tx_rings = 1;
    uint16_t nb_rxd = 1024;
    uint16_t nb_txd = 1024;
    int retval;
    uint16_t q;

    // 检查端口是否有效
    if (port >= rte_eth_dev_count_avail())
        return -1;

    // 配置端口
    retval = rte_eth_dev_configure(port, rx_rings, tx_rings, &port_conf);
    if (retval != 0)
        return retval;

    // 分配和设置 RX 队列
    for (q = 0; q < rx_rings; q++) {
        retval = rte_eth_rx_queue_setup(port, q, nb_rxd,
                                        rte_eth_dev_socket_id(port), NULL, mbuf_pool);
        if (retval < 0)
            return retval;
    }

    // 分配和设置 TX 队列
    for (q = 0; q < tx_rings; q++) {
        retval = rte_eth_tx_queue_setup(port, q, nb_txd,
                                        rte_eth_dev_socket_id(port), NULL);
        if (retval < 0)
            return retval;
    }

    // 启动端口
    retval = rte_eth_dev_start(port);
    if (retval < 0)
        return retval;

    // 启用混杂模式（可选）
    rte_eth_promiscuous_enable(port);

    return 0;
}

// 主循环函数
static void l2fwd_main_loop(void) {
    uint16_t port;
    struct rte_mbuf *bufs[MAX_PKT_BURST];
    unsigned lcore_id = rte_lcore_id();

    // 检查每个端口的 NUMA 节点
    for (port = 0; port < rte_eth_dev_count_avail(); port++) {
        if (rte_eth_dev_socket_id(port) != (int)rte_socket_id()) {
            printf("Warning: port %u is on remote NUMA node to polling thread.\n"
                   "Performance will not be optimal.\n", port);
        }
    }

    // 无限循环处理数据包
    while (1) {
        // 遍历所有端口
        for (port = 0; port < rte_eth_dev_count_avail(); port++) {
            // 从接收队列中读取数据包
            const uint16_t nb_rx = rte_eth_rx_burst(port, 0, bufs, MAX_PKT_BURST);
            if (nb_rx == 0)
                continue;

            // 遍历接收到的数据包
            for (uint16_t i = 0; i < nb_rx; i++) {
                struct rte_mbuf *m = bufs[i];
                struct rte_ether_hdr *eth_hdr = rte_pktmbuf_mtod(m, struct rte_ether_hdr *);

                // 根据目的 MAC 地址决定转发端口
                uint16_t dst_port = (eth_hdr->d_addr.addr_bytes[5] % rte_eth_dev_count_avail());

                // 发送数据包
                const uint16_t nb_tx = rte_eth_tx_burst(dst_port, 0, &m, 1);

                // 释放未能发送的数据包
                if (nb_tx < 1) {
                    rte_pktmbuf_free(m);
                }
            }
        }
    }
}

int main(int argc, char **argv) {
    struct rte_mempool *mbuf_pool;
    unsigned nb_ports;
    uint16_t portid;

    // 初始化 DPDK 环境
    int ret = rte_eal_init(argc, argv);
    if (ret < 0)
        rte_exit(EXIT_FAILURE, "Error with EAL initialization\n");
    argc -= ret;
    argv += ret;

    // 检查可用端口数量
    nb_ports = rte_eth_dev_count_avail();
    if (nb_ports < 2)
        rte_exit(EXIT_FAILURE, "Error: number of ports must be >= 2\n");

    // 创建内存池
    mbuf_pool = rte_pktmbuf_pool_create("MBUF_POOL", 8192 * nb_ports,
                                        MEMPOOL_CACHE_SIZE, 0, RTE_MBUF_DEFAULT_BUF_SIZE, rte_socket_id());
    if (mbuf_pool == NULL)
        rte_exit(EXIT_FAILURE, "Cannot create mbuf pool\n");

    // 初始化所有端口
    RTE_ETH_FOREACH_DEV(portid) {
        if (port_init(portid, mbuf_pool) != 0)
            rte_exit(EXIT_FAILURE, "Cannot init port %" PRIu16 "\n", portid);
    }

    // 启动主循环
    l2fwd_main_loop();

    return 0;
}

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备注：
假设有一个目的 MAC 地址 00:1A:2B:3C:4D:5E，其字节数组表示如下：

addr_bytes = [0x00, 0x1A, 0x2B, 0x3C, 0x4D, 0x5E]

在这个例子中，addr_bytes[5] 的值是 0x5E（十进制为94）。如果有4个可用端口，则计算如下：

uint16_t dst_port = (0x5E % 4); // 94 % 4 = 2

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