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[linux-2.6-microblaze.git] / Documentation / networking / dsa / dsa.rst
1 ============
2 Architecture
3 ============
4
5 This document describes the **Distributed Switch Architecture (DSA)** subsystem
6 design principles, limitations, interactions with other subsystems, and how to
7 develop drivers for this subsystem as well as a TODO for developers interested
8 in joining the effort.
9
10 Design principles
11 =================
12
13 The Distributed Switch Architecture is a subsystem which was primarily designed
14 to support Marvell Ethernet switches (MV88E6xxx, a.k.a Linkstreet product line)
15 using Linux, but has since evolved to support other vendors as well.
16
17 The original philosophy behind this design was to be able to use unmodified
18 Linux tools such as bridge, iproute2, ifconfig to work transparently whether
19 they configured/queried a switch port network device or a regular network
20 device.
21
22 An Ethernet switch is typically comprised of multiple front-panel ports, and one
23 or more CPU or management port. The DSA subsystem currently relies on the
24 presence of a management port connected to an Ethernet controller capable of
25 receiving Ethernet frames from the switch. This is a very common setup for all
26 kinds of Ethernet switches found in Small Home and Office products: routers,
27 gateways, or even top-of-the rack switches. This host Ethernet controller will
28 be later referred to as "master" and "cpu" in DSA terminology and code.
29
30 The D in DSA stands for Distributed, because the subsystem has been designed
31 with the ability to configure and manage cascaded switches on top of each other
32 using upstream and downstream Ethernet links between switches. These specific
33 ports are referred to as "dsa" ports in DSA terminology and code. A collection
34 of multiple switches connected to each other is called a "switch tree".
35
36 For each front-panel port, DSA will create specialized network devices which are
37 used as controlling and data-flowing endpoints for use by the Linux networking
38 stack. These specialized network interfaces are referred to as "slave" network
39 interfaces in DSA terminology and code.
40
41 The ideal case for using DSA is when an Ethernet switch supports a "switch tag"
42 which is a hardware feature making the switch insert a specific tag for each
43 Ethernet frames it received to/from specific ports to help the management
44 interface figure out:
45
46 - what port is this frame coming from
47 - what was the reason why this frame got forwarded
48 - how to send CPU originated traffic to specific ports
49
50 The subsystem does support switches not capable of inserting/stripping tags, but
51 the features might be slightly limited in that case (traffic separation relies
52 on Port-based VLAN IDs).
53
54 Note that DSA does not currently create network interfaces for the "cpu" and
55 "dsa" ports because:
56
57 - the "cpu" port is the Ethernet switch facing side of the management
58   controller, and as such, would create a duplication of feature, since you
59   would get two interfaces for the same conduit: master netdev, and "cpu" netdev
60
61 - the "dsa" port(s) are just conduits between two or more switches, and as such
62   cannot really be used as proper network interfaces either, only the
63   downstream, or the top-most upstream interface makes sense with that model
64
65 Switch tagging protocols
66 ------------------------
67
68 DSA supports many vendor-specific tagging protocols, one software-defined
69 tagging protocol, and a tag-less mode as well (``DSA_TAG_PROTO_NONE``).
70
71 The exact format of the tag protocol is vendor specific, but in general, they
72 all contain something which:
73
74 - identifies which port the Ethernet frame came from/should be sent to
75 - provides a reason why this frame was forwarded to the management interface
76
77 All tagging protocols are in ``net/dsa/tag_*.c`` files and implement the
78 methods of the ``struct dsa_device_ops`` structure, which are detailed below.
79
80 Tagging protocols generally fall in one of three categories:
81
82 1. The switch-specific frame header is located before the Ethernet header,
83    shifting to the right (from the perspective of the DSA master's frame
84    parser) the MAC DA, MAC SA, EtherType and the entire L2 payload.
85 2. The switch-specific frame header is located before the EtherType, keeping
86    the MAC DA and MAC SA in place from the DSA master's perspective, but
87    shifting the 'real' EtherType and L2 payload to the right.
88 3. The switch-specific frame header is located at the tail of the packet,
89    keeping all frame headers in place and not altering the view of the packet
90    that the DSA master's frame parser has.
91
92 A tagging protocol may tag all packets with switch tags of the same length, or
93 the tag length might vary (for example packets with PTP timestamps might
94 require an extended switch tag, or there might be one tag length on TX and a
95 different one on RX). Either way, the tagging protocol driver must populate the
96 ``struct dsa_device_ops::needed_headroom`` and/or ``struct dsa_device_ops::needed_tailroom``
97 with the length in octets of the longest switch frame header/trailer. The DSA
98 framework will automatically adjust the MTU of the master interface to
99 accommodate for this extra size in order for DSA user ports to support the
100 standard MTU (L2 payload length) of 1500 octets. The ``needed_headroom`` and
101 ``needed_tailroom`` properties are also used to request from the network stack,
102 on a best-effort basis, the allocation of packets with enough extra space such
103 that the act of pushing the switch tag on transmission of a packet does not
104 cause it to reallocate due to lack of memory.
105
106 Even though applications are not expected to parse DSA-specific frame headers,
107 the format on the wire of the tagging protocol represents an Application Binary
108 Interface exposed by the kernel towards user space, for decoders such as
109 ``libpcap``. The tagging protocol driver must populate the ``proto`` member of
110 ``struct dsa_device_ops`` with a value that uniquely describes the
111 characteristics of the interaction required between the switch hardware and the
112 data path driver: the offset of each bit field within the frame header and any
113 stateful processing required to deal with the frames (as may be required for
114 PTP timestamping).
115
116 From the perspective of the network stack, all switches within the same DSA
117 switch tree use the same tagging protocol. In case of a packet transiting a
118 fabric with more than one switch, the switch-specific frame header is inserted
119 by the first switch in the fabric that the packet was received on. This header
120 typically contains information regarding its type (whether it is a control
121 frame that must be trapped to the CPU, or a data frame to be forwarded).
122 Control frames should be decapsulated only by the software data path, whereas
123 data frames might also be autonomously forwarded towards other user ports of
124 other switches from the same fabric, and in this case, the outermost switch
125 ports must decapsulate the packet.
126
127 Note that in certain cases, it might be the case that the tagging format used
128 by a leaf switch (not connected directly to the CPU) to not be the same as what
129 the network stack sees. This can be seen with Marvell switch trees, where the
130 CPU port can be configured to use either the DSA or the Ethertype DSA (EDSA)
131 format, but the DSA links are configured to use the shorter (without Ethertype)
132 DSA frame header, in order to reduce the autonomous packet forwarding overhead.
133 It still remains the case that, if the DSA switch tree is configured for the
134 EDSA tagging protocol, the operating system sees EDSA-tagged packets from the
135 leaf switches that tagged them with the shorter DSA header. This can be done
136 because the Marvell switch connected directly to the CPU is configured to
137 perform tag translation between DSA and EDSA (which is simply the operation of
138 adding or removing the ``ETH_P_EDSA`` EtherType and some padding octets).
139
140 It is possible to construct cascaded setups of DSA switches even if their
141 tagging protocols are not compatible with one another. In this case, there are
142 no DSA links in this fabric, and each switch constitutes a disjoint DSA switch
143 tree. The DSA links are viewed as simply a pair of a DSA master (the out-facing
144 port of the upstream DSA switch) and a CPU port (the in-facing port of the
145 downstream DSA switch).
146
147 The tagging protocol of the attached DSA switch tree can be viewed through the
148 ``dsa/tagging`` sysfs attribute of the DSA master::
149
150     cat /sys/class/net/eth0/dsa/tagging
151
152 If the hardware and driver are capable, the tagging protocol of the DSA switch
153 tree can be changed at runtime. This is done by writing the new tagging
154 protocol name to the same sysfs device attribute as above (the DSA master and
155 all attached switch ports must be down while doing this).
156
157 It is desirable that all tagging protocols are testable with the ``dsa_loop``
158 mockup driver, which can be attached to any network interface. The goal is that
159 any network interface should be capable of transmitting the same packet in the
160 same way, and the tagger should decode the same received packet in the same way
161 regardless of the driver used for the switch control path, and the driver used
162 for the DSA master.
163
164 The transmission of a packet goes through the tagger's ``xmit`` function.
165 The passed ``struct sk_buff *skb`` has ``skb->data`` pointing at
166 ``skb_mac_header(skb)``, i.e. at the destination MAC address, and the passed
167 ``struct net_device *dev`` represents the virtual DSA user network interface
168 whose hardware counterpart the packet must be steered to (i.e. ``swp0``).
169 The job of this method is to prepare the skb in a way that the switch will
170 understand what egress port the packet is for (and not deliver it towards other
171 ports). Typically this is fulfilled by pushing a frame header. Checking for
172 insufficient size in the skb headroom or tailroom is unnecessary provided that
173 the ``needed_headroom`` and ``needed_tailroom`` properties were filled out
174 properly, because DSA ensures there is enough space before calling this method.
175
176 The reception of a packet goes through the tagger's ``rcv`` function. The
177 passed ``struct sk_buff *skb`` has ``skb->data`` pointing at
178 ``skb_mac_header(skb) + ETH_ALEN`` octets, i.e. to where the first octet after
179 the EtherType would have been, were this frame not tagged. The role of this
180 method is to consume the frame header, adjust ``skb->data`` to really point at
181 the first octet after the EtherType, and to change ``skb->dev`` to point to the
182 virtual DSA user network interface corresponding to the physical front-facing
183 switch port that the packet was received on.
184
185 Since tagging protocols in category 1 and 2 break software (and most often also
186 hardware) packet dissection on the DSA master, features such as RPS (Receive
187 Packet Steering) on the DSA master would be broken. The DSA framework deals
188 with this by hooking into the flow dissector and shifting the offset at which
189 the IP header is to be found in the tagged frame as seen by the DSA master.
190 This behavior is automatic based on the ``overhead`` value of the tagging
191 protocol. If not all packets are of equal size, the tagger can implement the
192 ``flow_dissect`` method of the ``struct dsa_device_ops`` and override this
193 default behavior by specifying the correct offset incurred by each individual
194 RX packet. Tail taggers do not cause issues to the flow dissector.
195
196 Due to various reasons (most common being category 1 taggers being associated
197 with DSA-unaware masters, mangling what the master perceives as MAC DA), the
198 tagging protocol may require the DSA master to operate in promiscuous mode, to
199 receive all frames regardless of the value of the MAC DA. This can be done by
200 setting the ``promisc_on_master`` property of the ``struct dsa_device_ops``.
201 Note that this assumes a DSA-unaware master driver, which is the norm.
202
203 Hardware manufacturers are strongly discouraged to do this, but some tagging
204 protocols might not provide source port information on RX for all packets, but
205 e.g. only for control traffic (link-local PDUs). In this case, by implementing
206 the ``filter`` method of ``struct dsa_device_ops``, the tagger might select
207 which packets are to be redirected on RX towards the virtual DSA user network
208 interfaces, and which are to be left in the DSA master's RX data path.
209
210 It might also happen (although silicon vendors are strongly discouraged to
211 produce hardware like this) that a tagging protocol splits the switch-specific
212 information into a header portion and a tail portion, therefore not falling
213 cleanly into any of the above 3 categories. DSA does not support this
214 configuration.
215
216 Master network devices
217 ----------------------
218
219 Master network devices are regular, unmodified Linux network device drivers for
220 the CPU/management Ethernet interface. Such a driver might occasionally need to
221 know whether DSA is enabled (e.g.: to enable/disable specific offload features),
222 but the DSA subsystem has been proven to work with industry standard drivers:
223 ``e1000e,`` ``mv643xx_eth`` etc. without having to introduce modifications to these
224 drivers. Such network devices are also often referred to as conduit network
225 devices since they act as a pipe between the host processor and the hardware
226 Ethernet switch.
227
228 Networking stack hooks
229 ----------------------
230
231 When a master netdev is used with DSA, a small hook is placed in the
232 networking stack is in order to have the DSA subsystem process the Ethernet
233 switch specific tagging protocol. DSA accomplishes this by registering a
234 specific (and fake) Ethernet type (later becoming ``skb->protocol``) with the
235 networking stack, this is also known as a ``ptype`` or ``packet_type``. A typical
236 Ethernet Frame receive sequence looks like this:
237
238 Master network device (e.g.: e1000e):
239
240 1. Receive interrupt fires:
241
242         - receive function is invoked
243         - basic packet processing is done: getting length, status etc.
244         - packet is prepared to be processed by the Ethernet layer by calling
245           ``eth_type_trans``
246
247 2. net/ethernet/eth.c::
248
249           eth_type_trans(skb, dev)
250                   if (dev->dsa_ptr != NULL)
251                           -> skb->protocol = ETH_P_XDSA
252
253 3. drivers/net/ethernet/\*::
254
255           netif_receive_skb(skb)
256                   -> iterate over registered packet_type
257                           -> invoke handler for ETH_P_XDSA, calls dsa_switch_rcv()
258
259 4. net/dsa/dsa.c::
260
261           -> dsa_switch_rcv()
262                   -> invoke switch tag specific protocol handler in 'net/dsa/tag_*.c'
263
264 5. net/dsa/tag_*.c:
265
266         - inspect and strip switch tag protocol to determine originating port
267         - locate per-port network device
268         - invoke ``eth_type_trans()`` with the DSA slave network device
269         - invoked ``netif_receive_skb()``
270
271 Past this point, the DSA slave network devices get delivered regular Ethernet
272 frames that can be processed by the networking stack.
273
274 Slave network devices
275 ---------------------
276
277 Slave network devices created by DSA are stacked on top of their master network
278 device, each of these network interfaces will be responsible for being a
279 controlling and data-flowing end-point for each front-panel port of the switch.
280 These interfaces are specialized in order to:
281
282 - insert/remove the switch tag protocol (if it exists) when sending traffic
283   to/from specific switch ports
284 - query the switch for ethtool operations: statistics, link state,
285   Wake-on-LAN, register dumps...
286 - external/internal PHY management: link, auto-negotiation etc.
287
288 These slave network devices have custom net_device_ops and ethtool_ops function
289 pointers which allow DSA to introduce a level of layering between the networking
290 stack/ethtool, and the switch driver implementation.
291
292 Upon frame transmission from these slave network devices, DSA will look up which
293 switch tagging protocol is currently registered with these network devices, and
294 invoke a specific transmit routine which takes care of adding the relevant
295 switch tag in the Ethernet frames.
296
297 These frames are then queued for transmission using the master network device
298 ``ndo_start_xmit()`` function, since they contain the appropriate switch tag, the
299 Ethernet switch will be able to process these incoming frames from the
300 management interface and delivers these frames to the physical switch port.
301
302 Graphical representation
303 ------------------------
304
305 Summarized, this is basically how DSA looks like from a network device
306 perspective::
307
308                 Unaware application
309               opens and binds socket
310                        |  ^
311                        |  |
312            +-----------v--|--------------------+
313            |+------+ +------+ +------+ +------+|
314            || swp0 | | swp1 | | swp2 | | swp3 ||
315            |+------+-+------+-+------+-+------+|
316            |          DSA switch driver        |
317            +-----------------------------------+
318                          |        ^
319             Tag added by |        | Tag consumed by
320            switch driver |        | switch driver
321                          v        |
322            +-----------------------------------+
323            | Unmodified host interface driver  | Software
324    --------+-----------------------------------+------------
325            |       Host interface (eth0)       | Hardware
326            +-----------------------------------+
327                          |        ^
328          Tag consumed by |        | Tag added by
329          switch hardware |        | switch hardware
330                          v        |
331            +-----------------------------------+
332            |               Switch              |
333            |+------+ +------+ +------+ +------+|
334            || swp0 | | swp1 | | swp2 | | swp3 ||
335            ++------+-+------+-+------+-+------++
336
337 Slave MDIO bus
338 --------------
339
340 In order to be able to read to/from a switch PHY built into it, DSA creates a
341 slave MDIO bus which allows a specific switch driver to divert and intercept
342 MDIO reads/writes towards specific PHY addresses. In most MDIO-connected
343 switches, these functions would utilize direct or indirect PHY addressing mode
344 to return standard MII registers from the switch builtin PHYs, allowing the PHY
345 library and/or to return link status, link partner pages, auto-negotiation
346 results etc..
347
348 For Ethernet switches which have both external and internal MDIO busses, the
349 slave MII bus can be utilized to mux/demux MDIO reads and writes towards either
350 internal or external MDIO devices this switch might be connected to: internal
351 PHYs, external PHYs, or even external switches.
352
353 Data structures
354 ---------------
355
356 DSA data structures are defined in ``include/net/dsa.h`` as well as
357 ``net/dsa/dsa_priv.h``:
358
359 - ``dsa_chip_data``: platform data configuration for a given switch device,
360   this structure describes a switch device's parent device, its address, as
361   well as various properties of its ports: names/labels, and finally a routing
362   table indication (when cascading switches)
363
364 - ``dsa_platform_data``: platform device configuration data which can reference
365   a collection of dsa_chip_data structure if multiples switches are cascaded,
366   the master network device this switch tree is attached to needs to be
367   referenced
368
369 - ``dsa_switch_tree``: structure assigned to the master network device under
370   ``dsa_ptr``, this structure references a dsa_platform_data structure as well as
371   the tagging protocol supported by the switch tree, and which receive/transmit
372   function hooks should be invoked, information about the directly attached
373   switch is also provided: CPU port. Finally, a collection of dsa_switch are
374   referenced to address individual switches in the tree.
375
376 - ``dsa_switch``: structure describing a switch device in the tree, referencing
377   a ``dsa_switch_tree`` as a backpointer, slave network devices, master network
378   device, and a reference to the backing``dsa_switch_ops``
379
380 - ``dsa_switch_ops``: structure referencing function pointers, see below for a
381   full description.
382
383 Design limitations
384 ==================
385
386 Lack of CPU/DSA network devices
387 -------------------------------
388
389 DSA does not currently create slave network devices for the CPU or DSA ports, as
390 described before. This might be an issue in the following cases:
391
392 - inability to fetch switch CPU port statistics counters using ethtool, which
393   can make it harder to debug MDIO switch connected using xMII interfaces
394
395 - inability to configure the CPU port link parameters based on the Ethernet
396   controller capabilities attached to it: http://patchwork.ozlabs.org/patch/509806/
397
398 - inability to configure specific VLAN IDs / trunking VLANs between switches
399   when using a cascaded setup
400
401 Common pitfalls using DSA setups
402 --------------------------------
403
404 Once a master network device is configured to use DSA (dev->dsa_ptr becomes
405 non-NULL), and the switch behind it expects a tagging protocol, this network
406 interface can only exclusively be used as a conduit interface. Sending packets
407 directly through this interface (e.g.: opening a socket using this interface)
408 will not make us go through the switch tagging protocol transmit function, so
409 the Ethernet switch on the other end, expecting a tag will typically drop this
410 frame.
411
412 Interactions with other subsystems
413 ==================================
414
415 DSA currently leverages the following subsystems:
416
417 - MDIO/PHY library: ``drivers/net/phy/phy.c``, ``mdio_bus.c``
418 - Switchdev:``net/switchdev/*``
419 - Device Tree for various of_* functions
420 - Devlink: ``net/core/devlink.c``
421
422 MDIO/PHY library
423 ----------------
424
425 Slave network devices exposed by DSA may or may not be interfacing with PHY
426 devices (``struct phy_device`` as defined in ``include/linux/phy.h)``, but the DSA
427 subsystem deals with all possible combinations:
428
429 - internal PHY devices, built into the Ethernet switch hardware
430 - external PHY devices, connected via an internal or external MDIO bus
431 - internal PHY devices, connected via an internal MDIO bus
432 - special, non-autonegotiated or non MDIO-managed PHY devices: SFPs, MoCA; a.k.a
433   fixed PHYs
434
435 The PHY configuration is done by the ``dsa_slave_phy_setup()`` function and the
436 logic basically looks like this:
437
438 - if Device Tree is used, the PHY device is looked up using the standard
439   "phy-handle" property, if found, this PHY device is created and registered
440   using ``of_phy_connect()``
441
442 - if Device Tree is used, and the PHY device is "fixed", that is, conforms to
443   the definition of a non-MDIO managed PHY as defined in
444   ``Documentation/devicetree/bindings/net/fixed-link.txt``, the PHY is registered
445   and connected transparently using the special fixed MDIO bus driver
446
447 - finally, if the PHY is built into the switch, as is very common with
448   standalone switch packages, the PHY is probed using the slave MII bus created
449   by DSA
450
451
452 SWITCHDEV
453 ---------
454
455 DSA directly utilizes SWITCHDEV when interfacing with the bridge layer, and
456 more specifically with its VLAN filtering portion when configuring VLANs on top
457 of per-port slave network devices. As of today, the only SWITCHDEV objects
458 supported by DSA are the FDB and VLAN objects.
459
460 Devlink
461 -------
462
463 DSA registers one devlink device per physical switch in the fabric.
464 For each devlink device, every physical port (i.e. user ports, CPU ports, DSA
465 links or unused ports) is exposed as a devlink port.
466
467 DSA drivers can make use of the following devlink features:
468
469 - Regions: debugging feature which allows user space to dump driver-defined
470   areas of hardware information in a low-level, binary format. Both global
471   regions as well as per-port regions are supported. It is possible to export
472   devlink regions even for pieces of data that are already exposed in some way
473   to the standard iproute2 user space programs (ip-link, bridge), like address
474   tables and VLAN tables. For example, this might be useful if the tables
475   contain additional hardware-specific details which are not visible through
476   the iproute2 abstraction, or it might be useful to inspect these tables on
477   the non-user ports too, which are invisible to iproute2 because no network
478   interface is registered for them.
479 - Params: a feature which enables user to configure certain low-level tunable
480   knobs pertaining to the device. Drivers may implement applicable generic
481   devlink params, or may add new device-specific devlink params.
482 - Resources: a monitoring feature which enables users to see the degree of
483   utilization of certain hardware tables in the device, such as FDB, VLAN, etc.
484 - Shared buffers: a QoS feature for adjusting and partitioning memory and frame
485   reservations per port and per traffic class, in the ingress and egress
486   directions, such that low-priority bulk traffic does not impede the
487   processing of high-priority critical traffic.
488
489 For more details, consult ``Documentation/networking/devlink/``.
490
491 Device Tree
492 -----------
493
494 DSA features a standardized binding which is documented in
495 ``Documentation/devicetree/bindings/net/dsa/dsa.txt``. PHY/MDIO library helper
496 functions such as ``of_get_phy_mode()``, ``of_phy_connect()`` are also used to query
497 per-port PHY specific details: interface connection, MDIO bus location etc..
498
499 Driver development
500 ==================
501
502 DSA switch drivers need to implement a dsa_switch_ops structure which will
503 contain the various members described below.
504
505 ``register_switch_driver()`` registers this dsa_switch_ops in its internal list
506 of drivers to probe for. ``unregister_switch_driver()`` does the exact opposite.
507
508 Unless requested differently by setting the priv_size member accordingly, DSA
509 does not allocate any driver private context space.
510
511 Switch configuration
512 --------------------
513
514 - ``tag_protocol``: this is to indicate what kind of tagging protocol is supported,
515   should be a valid value from the ``dsa_tag_protocol`` enum
516
517 - ``probe``: probe routine which will be invoked by the DSA platform device upon
518   registration to test for the presence/absence of a switch device. For MDIO
519   devices, it is recommended to issue a read towards internal registers using
520   the switch pseudo-PHY and return whether this is a supported device. For other
521   buses, return a non-NULL string
522
523 - ``setup``: setup function for the switch, this function is responsible for setting
524   up the ``dsa_switch_ops`` private structure with all it needs: register maps,
525   interrupts, mutexes, locks etc.. This function is also expected to properly
526   configure the switch to separate all network interfaces from each other, that
527   is, they should be isolated by the switch hardware itself, typically by creating
528   a Port-based VLAN ID for each port and allowing only the CPU port and the
529   specific port to be in the forwarding vector. Ports that are unused by the
530   platform should be disabled. Past this function, the switch is expected to be
531   fully configured and ready to serve any kind of request. It is recommended
532   to issue a software reset of the switch during this setup function in order to
533   avoid relying on what a previous software agent such as a bootloader/firmware
534   may have previously configured.
535
536 PHY devices and link management
537 -------------------------------
538
539 - ``get_phy_flags``: Some switches are interfaced to various kinds of Ethernet PHYs,
540   if the PHY library PHY driver needs to know about information it cannot obtain
541   on its own (e.g.: coming from switch memory mapped registers), this function
542   should return a 32-bits bitmask of "flags", that is private between the switch
543   driver and the Ethernet PHY driver in ``drivers/net/phy/\*``.
544
545 - ``phy_read``: Function invoked by the DSA slave MDIO bus when attempting to read
546   the switch port MDIO registers. If unavailable, return 0xffff for each read.
547   For builtin switch Ethernet PHYs, this function should allow reading the link
548   status, auto-negotiation results, link partner pages etc..
549
550 - ``phy_write``: Function invoked by the DSA slave MDIO bus when attempting to write
551   to the switch port MDIO registers. If unavailable return a negative error
552   code.
553
554 - ``adjust_link``: Function invoked by the PHY library when a slave network device
555   is attached to a PHY device. This function is responsible for appropriately
556   configuring the switch port link parameters: speed, duplex, pause based on
557   what the ``phy_device`` is providing.
558
559 - ``fixed_link_update``: Function invoked by the PHY library, and specifically by
560   the fixed PHY driver asking the switch driver for link parameters that could
561   not be auto-negotiated, or obtained by reading the PHY registers through MDIO.
562   This is particularly useful for specific kinds of hardware such as QSGMII,
563   MoCA or other kinds of non-MDIO managed PHYs where out of band link
564   information is obtained
565
566 Ethtool operations
567 ------------------
568
569 - ``get_strings``: ethtool function used to query the driver's strings, will
570   typically return statistics strings, private flags strings etc.
571
572 - ``get_ethtool_stats``: ethtool function used to query per-port statistics and
573   return their values. DSA overlays slave network devices general statistics:
574   RX/TX counters from the network device, with switch driver specific statistics
575   per port
576
577 - ``get_sset_count``: ethtool function used to query the number of statistics items
578
579 - ``get_wol``: ethtool function used to obtain Wake-on-LAN settings per-port, this
580   function may, for certain implementations also query the master network device
581   Wake-on-LAN settings if this interface needs to participate in Wake-on-LAN
582
583 - ``set_wol``: ethtool function used to configure Wake-on-LAN settings per-port,
584   direct counterpart to set_wol with similar restrictions
585
586 - ``set_eee``: ethtool function which is used to configure a switch port EEE (Green
587   Ethernet) settings, can optionally invoke the PHY library to enable EEE at the
588   PHY level if relevant. This function should enable EEE at the switch port MAC
589   controller and data-processing logic
590
591 - ``get_eee``: ethtool function which is used to query a switch port EEE settings,
592   this function should return the EEE state of the switch port MAC controller
593   and data-processing logic as well as query the PHY for its currently configured
594   EEE settings
595
596 - ``get_eeprom_len``: ethtool function returning for a given switch the EEPROM
597   length/size in bytes
598
599 - ``get_eeprom``: ethtool function returning for a given switch the EEPROM contents
600
601 - ``set_eeprom``: ethtool function writing specified data to a given switch EEPROM
602
603 - ``get_regs_len``: ethtool function returning the register length for a given
604   switch
605
606 - ``get_regs``: ethtool function returning the Ethernet switch internal register
607   contents. This function might require user-land code in ethtool to
608   pretty-print register values and registers
609
610 Power management
611 ----------------
612
613 - ``suspend``: function invoked by the DSA platform device when the system goes to
614   suspend, should quiesce all Ethernet switch activities, but keep ports
615   participating in Wake-on-LAN active as well as additional wake-up logic if
616   supported
617
618 - ``resume``: function invoked by the DSA platform device when the system resumes,
619   should resume all Ethernet switch activities and re-configure the switch to be
620   in a fully active state
621
622 - ``port_enable``: function invoked by the DSA slave network device ndo_open
623   function when a port is administratively brought up, this function should be
624   fully enabling a given switch port. DSA takes care of marking the port with
625   ``BR_STATE_BLOCKING`` if the port is a bridge member, or ``BR_STATE_FORWARDING`` if it
626   was not, and propagating these changes down to the hardware
627
628 - ``port_disable``: function invoked by the DSA slave network device ndo_close
629   function when a port is administratively brought down, this function should be
630   fully disabling a given switch port. DSA takes care of marking the port with
631   ``BR_STATE_DISABLED`` and propagating changes to the hardware if this port is
632   disabled while being a bridge member
633
634 Bridge layer
635 ------------
636
637 - ``port_bridge_join``: bridge layer function invoked when a given switch port is
638   added to a bridge, this function should be doing the necessary at the switch
639   level to permit the joining port from being added to the relevant logical
640   domain for it to ingress/egress traffic with other members of the bridge.
641
642 - ``port_bridge_leave``: bridge layer function invoked when a given switch port is
643   removed from a bridge, this function should be doing the necessary at the
644   switch level to deny the leaving port from ingress/egress traffic from the
645   remaining bridge members. When the port leaves the bridge, it should be aged
646   out at the switch hardware for the switch to (re) learn MAC addresses behind
647   this port.
648
649 - ``port_stp_state_set``: bridge layer function invoked when a given switch port STP
650   state is computed by the bridge layer and should be propagated to switch
651   hardware to forward/block/learn traffic. The switch driver is responsible for
652   computing a STP state change based on current and asked parameters and perform
653   the relevant ageing based on the intersection results
654
655 - ``port_bridge_flags``: bridge layer function invoked when a port must
656   configure its settings for e.g. flooding of unknown traffic or source address
657   learning. The switch driver is responsible for initial setup of the
658   standalone ports with address learning disabled and egress flooding of all
659   types of traffic, then the DSA core notifies of any change to the bridge port
660   flags when the port joins and leaves a bridge. DSA does not currently manage
661   the bridge port flags for the CPU port. The assumption is that address
662   learning should be statically enabled (if supported by the hardware) on the
663   CPU port, and flooding towards the CPU port should also be enabled, due to a
664   lack of an explicit address filtering mechanism in the DSA core.
665
666 Bridge VLAN filtering
667 ---------------------
668
669 - ``port_vlan_filtering``: bridge layer function invoked when the bridge gets
670   configured for turning on or off VLAN filtering. If nothing specific needs to
671   be done at the hardware level, this callback does not need to be implemented.
672   When VLAN filtering is turned on, the hardware must be programmed with
673   rejecting 802.1Q frames which have VLAN IDs outside of the programmed allowed
674   VLAN ID map/rules.  If there is no PVID programmed into the switch port,
675   untagged frames must be rejected as well. When turned off the switch must
676   accept any 802.1Q frames irrespective of their VLAN ID, and untagged frames are
677   allowed.
678
679 - ``port_vlan_add``: bridge layer function invoked when a VLAN is configured
680   (tagged or untagged) for the given switch port. If the operation is not
681   supported by the hardware, this function should return ``-EOPNOTSUPP`` to
682   inform the bridge code to fallback to a software implementation.
683
684 - ``port_vlan_del``: bridge layer function invoked when a VLAN is removed from the
685   given switch port
686
687 - ``port_vlan_dump``: bridge layer function invoked with a switchdev callback
688   function that the driver has to call for each VLAN the given port is a member
689   of. A switchdev object is used to carry the VID and bridge flags.
690
691 - ``port_fdb_add``: bridge layer function invoked when the bridge wants to install a
692   Forwarding Database entry, the switch hardware should be programmed with the
693   specified address in the specified VLAN Id in the forwarding database
694   associated with this VLAN ID. If the operation is not supported, this
695   function should return ``-EOPNOTSUPP`` to inform the bridge code to fallback to
696   a software implementation.
697
698 .. note:: VLAN ID 0 corresponds to the port private database, which, in the context
699         of DSA, would be its port-based VLAN, used by the associated bridge device.
700
701 - ``port_fdb_del``: bridge layer function invoked when the bridge wants to remove a
702   Forwarding Database entry, the switch hardware should be programmed to delete
703   the specified MAC address from the specified VLAN ID if it was mapped into
704   this port forwarding database
705
706 - ``port_fdb_dump``: bridge layer function invoked with a switchdev callback
707   function that the driver has to call for each MAC address known to be behind
708   the given port. A switchdev object is used to carry the VID and FDB info.
709
710 - ``port_mdb_add``: bridge layer function invoked when the bridge wants to install
711   a multicast database entry. If the operation is not supported, this function
712   should return ``-EOPNOTSUPP`` to inform the bridge code to fallback to a
713   software implementation. The switch hardware should be programmed with the
714   specified address in the specified VLAN ID in the forwarding database
715   associated with this VLAN ID.
716
717 .. note:: VLAN ID 0 corresponds to the port private database, which, in the context
718         of DSA, would be its port-based VLAN, used by the associated bridge device.
719
720 - ``port_mdb_del``: bridge layer function invoked when the bridge wants to remove a
721   multicast database entry, the switch hardware should be programmed to delete
722   the specified MAC address from the specified VLAN ID if it was mapped into
723   this port forwarding database.
724
725 - ``port_mdb_dump``: bridge layer function invoked with a switchdev callback
726   function that the driver has to call for each MAC address known to be behind
727   the given port. A switchdev object is used to carry the VID and MDB info.
728
729 Link aggregation
730 ----------------
731
732 Link aggregation is implemented in the Linux networking stack by the bonding
733 and team drivers, which are modeled as virtual, stackable network interfaces.
734 DSA is capable of offloading a link aggregation group (LAG) to hardware that
735 supports the feature, and supports bridging between physical ports and LAGs,
736 as well as between LAGs. A bonding/team interface which holds multiple physical
737 ports constitutes a logical port, although DSA has no explicit concept of a
738 logical port at the moment. Due to this, events where a LAG joins/leaves a
739 bridge are treated as if all individual physical ports that are members of that
740 LAG join/leave the bridge. Switchdev port attributes (VLAN filtering, STP
741 state, etc) and objects (VLANs, MDB entries) offloaded to a LAG as bridge port
742 are treated similarly: DSA offloads the same switchdev object / port attribute
743 on all members of the LAG. Static bridge FDB entries on a LAG are not yet
744 supported, since the DSA driver API does not have the concept of a logical port
745 ID.
746
747 - ``port_lag_join``: function invoked when a given switch port is added to a
748   LAG. The driver may return ``-EOPNOTSUPP``, and in this case, DSA will fall
749   back to a software implementation where all traffic from this port is sent to
750   the CPU.
751 - ``port_lag_leave``: function invoked when a given switch port leaves a LAG
752   and returns to operation as a standalone port.
753 - ``port_lag_change``: function invoked when the link state of any member of
754   the LAG changes, and the hashing function needs rebalancing to only make use
755   of the subset of physical LAG member ports that are up.
756
757 Drivers that benefit from having an ID associated with each offloaded LAG
758 can optionally populate ``ds->num_lag_ids`` from the ``dsa_switch_ops::setup``
759 method. The LAG ID associated with a bonding/team interface can then be
760 retrieved by a DSA switch driver using the ``dsa_lag_id`` function.
761
762 IEC 62439-2 (MRP)
763 -----------------
764
765 The Media Redundancy Protocol is a topology management protocol optimized for
766 fast fault recovery time for ring networks, which has some components
767 implemented as a function of the bridge driver. MRP uses management PDUs
768 (Test, Topology, LinkDown/Up, Option) sent at a multicast destination MAC
769 address range of 01:15:4e:00:00:0x and with an EtherType of 0x88e3.
770 Depending on the node's role in the ring (MRM: Media Redundancy Manager,
771 MRC: Media Redundancy Client, MRA: Media Redundancy Automanager), certain MRP
772 PDUs might need to be terminated locally and others might need to be forwarded.
773 An MRM might also benefit from offloading to hardware the creation and
774 transmission of certain MRP PDUs (Test).
775
776 Normally an MRP instance can be created on top of any network interface,
777 however in the case of a device with an offloaded data path such as DSA, it is
778 necessary for the hardware, even if it is not MRP-aware, to be able to extract
779 the MRP PDUs from the fabric before the driver can proceed with the software
780 implementation. DSA today has no driver which is MRP-aware, therefore it only
781 listens for the bare minimum switchdev objects required for the software assist
782 to work properly. The operations are detailed below.
783
784 - ``port_mrp_add`` and ``port_mrp_del``: notifies driver when an MRP instance
785   with a certain ring ID, priority, primary port and secondary port is
786   created/deleted.
787 - ``port_mrp_add_ring_role`` and ``port_mrp_del_ring_role``: function invoked
788   when an MRP instance changes ring roles between MRM or MRC. This affects
789   which MRP PDUs should be trapped to software and which should be autonomously
790   forwarded.
791
792 IEC 62439-3 (HSR/PRP)
793 ---------------------
794
795 The Parallel Redundancy Protocol (PRP) is a network redundancy protocol which
796 works by duplicating and sequence numbering packets through two independent L2
797 networks (which are unaware of the PRP tail tags carried in the packets), and
798 eliminating the duplicates at the receiver. The High-availability Seamless
799 Redundancy (HSR) protocol is similar in concept, except all nodes that carry
800 the redundant traffic are aware of the fact that it is HSR-tagged (because HSR
801 uses a header with an EtherType of 0x892f) and are physically connected in a
802 ring topology. Both HSR and PRP use supervision frames for monitoring the
803 health of the network and for discovery of other nodes.
804
805 In Linux, both HSR and PRP are implemented in the hsr driver, which
806 instantiates a virtual, stackable network interface with two member ports.
807 The driver only implements the basic roles of DANH (Doubly Attached Node
808 implementing HSR) and DANP (Doubly Attached Node implementing PRP); the roles
809 of RedBox and QuadBox are not implemented (therefore, bridging a hsr network
810 interface with a physical switch port does not produce the expected result).
811
812 A driver which is able of offloading certain functions of a DANP or DANH should
813 declare the corresponding netdev features as indicated by the documentation at
814 ``Documentation/networking/netdev-features.rst``. Additionally, the following
815 methods must be implemented:
816
817 - ``port_hsr_join``: function invoked when a given switch port is added to a
818   DANP/DANH. The driver may return ``-EOPNOTSUPP`` and in this case, DSA will
819   fall back to a software implementation where all traffic from this port is
820   sent to the CPU.
821 - ``port_hsr_leave``: function invoked when a given switch port leaves a
822   DANP/DANH and returns to normal operation as a standalone port.
823
824 TODO
825 ====
826
827 Making SWITCHDEV and DSA converge towards an unified codebase
828 -------------------------------------------------------------
829
830 SWITCHDEV properly takes care of abstracting the networking stack with offload
831 capable hardware, but does not enforce a strict switch device driver model. On
832 the other DSA enforces a fairly strict device driver model, and deals with most
833 of the switch specific. At some point we should envision a merger between these
834 two subsystems and get the best of both worlds.
835
836 Other hanging fruits
837 --------------------
838
839 - allowing more than one CPU/management interface:
840   http://comments.gmane.org/gmane.linux.network/365657