一(yī)、概述      MAC轉發表是二層交換機原型中(zhōng)的核心内容，所有的數據操作都是圍繞這張表而來。前一(yī)篇文章中(zhōng)講到了該表涉及的兩個核心字段：端口号與MAC地址。本篇文章專門講解一(yī)下(xià)該MAC轉發表的設計與表的操作方法。 二、MAC轉發表的設計      MAC轉發表的設計我(wǒ)(wǒ)們還是遵循漸進式的方法，從最基本的字段開(kāi)始，根據需要再逐步增加。      1）字段設計      從前一(yī)篇文章分(fēn)析，對于MAC轉發表來說，其核心字段就2個：端口号和MAC地址，故我(wǒ)(wǒ)們對其字段的設計也就采用此二元數據。交換機的端口号一(yī)般不超過64，故用char（8位）類型定義即可，MAC地址的位寬爲48位，可定義爲6個字節數組。一(yī)般在協議字段中(zhōng)或以協議字段作爲字段的表結構定義中(zhōng)，采用無符号類型做定義，這樣方便數據與或運算，也方便硬件移植。字段數據類型的定義一(yī)般也建議重定義爲簡寫方式，在讀寫代碼時，更好理解和把握數據是否溢出、越界等。
     數據類型重定義如下(xià)：

typedef unsigned char u8;
typedef unsigned short u16;
typedef unsigned int u32;
//typedef unsigned long u64;/*64位系統*/
/*請特别的注意!!!在32位系統下(xià)，long的數據位寬隻有32位，64位的數據類型必須使用long long的方式定義*/
typedef unsigned long long u64;/*32位系統,實驗平台OpenBox-S4爲32位系統*/

      2）表結構設計      數據存儲結構的設計有很多方式可選，如數組、多維數組、單向鏈表、雙向鏈表和樹(shù)結構等。在原型系統的設計中(zhōng)，因爲表結構定義會影響到整個代碼實現，且需要考慮将來硬件卸載的便捷性，所以我(wǒ)(wǒ)們一(yī)般建議采用較爲簡單的表存儲結構。又(yòu)因爲每條表項的大(dà)小(xiǎo)是固定空間，所以采用數組的形式是較優的選擇。
     先定義一(yī)條表項的數據結構如下(xià)：

struct row_port_mac
{
u8 port;
u8 pad;/*爲了對齊做的補充*/
u8 mac[MAC_LEN];
};

     補充對齊：上述表項一(yī)條寬度爲7個字節，如此按數組形式組織的話(huà)，則會讓mac字段在非内存對齊位置出現，導緻數據比較時需要兩次對比。若是跨了CacheLine，則會導緻更長的時間損耗。具體(tǐ)原因請網上搜索“内存對齊”深入學習。我(wǒ)(wǒ)們建議在定義數組項的時候一(yī)定按照8字節倍數對齊方式來定義，若小(xiǎo)于8字節，則補充爲8；若多于8，則再多補充直到成爲8的倍數（特别說明，這是針對數組定義要求，不同數據結構根據分(fēn)析會有不同的優化定義方法）。
     再定義整張表的數據結構如下(xià)：

#define OBX_MAC_MAX 128/*系統最多支持128條MAC表項*/
struct table_port_mac
{
struct row_port_mac row[OBX_MAC_MAX];
};

     3）表操作方法設計      表的方法主要是指對表的操作，通常包括表項的增、删、改和查四個動作。這些表動作的設計與表的結構定義和表的數據操作方法相關，可以利用對表數據的操作進行優化和精簡。如在二維數據中(zhōng)進行任何操作，都得先把表遍曆一(yī)次，找到空位才能增加，找到對應的内容項才能修改和删除。
     根據二層交換的數據處理流程分(fēn)析，在源MAC的學習過程中(zhōng)，學習到一(yī)個新MAC地址需要進行增加表項操作，若已經學習到的MAC地址發生(shēng)了端口遷移，則需要更新其端口信息。在目的MAC查表過程中(zhōng)是一(yī)個單純的MAC地址查找過程。MAC表項的删除一(yī)般發生(shēng)在MAC表老化的時候，後面文章單獨講。 三、MAC表功能方法設計      結合前面的表方法設計和二層交換的數據處理邏輯，我(wǒ)(wǒ)們暫将MAC轉發表的方法定義爲兩個：一(yī)是源MAC學習；二是目的MAC查找。      1）源MAC學習      源MAC學習是指将一(yī)個輸入分(fēn)組的源MAC地址學習并保存到MAC轉發表中(zhōng)。若MAC轉發表中(zhōng)不存在該源MAC地址信息，則找一(yī)個空白(bái)位置存儲。若MAC轉發表中(zhōng)已有該地址信息，則刷新（覆蓋）其端口号信息。在查找源MAC地址是否存在時，同時查找空閑表項位置，這樣隻用遍曆一(yī)次表，即可完成兩件事情。另外(wài)就是查找到源MAC地址後，立即刷新其端口号，可以判斷并打印顯示，該MAC地址是否發生(shēng)了端口轉移。      2）目的MAC查找      目的MAC的查找，其目的是爲了獲得查找MAC對應的端口号，查表結果有兩種情況，一(yī)是查找到了，返回對應的端口号信息；二是沒有查找到，則不能返回正常端口數據，需要使用特殊返回值表示，如-1。 四、總結與下(xià)一(yī)步      1）查表設計      MAC轉發表的方法設計爲什麽把二層交換的功能和表操作混在了一(yī)起？因爲在二層交換中(zhōng)，其核心數據處理流程就是針對MAC轉發表進行的一(yī)系列數據查找、存儲和更新動作。按照其邏輯處理方式來設計可以讓學生(shēng)更好理解MAC表的操作流程與細節。
     在邏輯設計的過程中(zhōng)，我(wǒ)(wǒ)們需要針對一(yī)些特定功能進行抽象、模塊化，比如表的四操作。但在具體(tǐ)實現過程中(zhōng)，其本身的邏輯處理也就是對表的内容進行處理，以數據流程爲主線進行設計比純模塊化的分(fēn)層設計更容易讓學生(shēng)掌握交換的處理過程。模塊化和分(fēn)層可以放(fàng)到後期優化階段。
     表操作的方法也并不一(yī)定要馬上全部實現，根據邏輯的需要逐個實現，在實現過程中(zhōng)也會不斷修改完善。      2）MAC地址學習與查表實現      MAC地址的學習與查找是二層交換的核心，特别是MAC地址學習，如何設計快速、高效的學習方法，取決于我(wǒ)(wǒ)們對系統數據處理流程的深度理解與優化叠代。下(xià)一(yī)篇文章中(zhōng)會給出一(yī)種具體(tǐ)的實現方法供大(dà)家參考。 五、結語       歡迎您和學生(shēng)們加入FAST開(kāi)源項目群溝通與探讨，一(yī)起體(tǐ)驗不一(yī)樣的系統設計過程。請先加微信号15116127200後邀請入群。