一、概述      MAC转发表是二层交换机原型中的核心内容，所有(yǒu)的数据操作都是围绕这张表而来。前一篇文(wén)章中讲到了该表涉及的两个核心字段：端口号与MAC地址。本篇文(wén)章专门讲解一下该MAC转发表的设计与表的操作方法。 二、MAC转发表的设计      MAC转发表的设计我们还是遵循渐进式的方法，从最基本的字段开始，根据需要再逐步增加。      1）字段设计      从前一篇文(wén)章分(fēn)析，对于MAC转发表来说，其核心字段就2个：端口号和MAC地址，故我们对其字段的设计也就采用(yòng)此二元数据。交换机的端口号一般不超过64，故用(yòng)char（8位）类型定义即可(kě)，MAC地址的位宽為(wèi)48位，可(kě)定义為(wèi)6个字节数组。一般在协议字段中或以协议字段作為(wèi)字段的表结构定义中，采用(yòng)无符号类型做定义，这样方便数据与或运算，也方便硬件移植。字段数据类型的定义一般也建议重定义為(wèi)简写方式，在读写代码时，更好理(lǐ)解和把握数据是否溢出、越界等。
     数据类型重定义如下：

typedef unsigned char u8;
typedef unsigned short u16;
typedef unsigned int u32;
//typedef unsigned long u64;/*64位系统*/
/*请特别的注意!!!在32位系统下，long的数据位宽只有(yǒu)32位，64位的数据类型必须使用(yòng)long long的方式定义*/
typedef unsigned long long u64;/*32位系统,实验平台OpenBox-S4為(wèi)32位系统*/

      2）表结构设计      数据存储结构的设计有(yǒu)很(hěn)多(duō)方式可(kě)选，如数组、多(duō)维数组、单向链表、双向链表和树结构等。在原型系统的设计中，因為(wèi)表结构定义会影响到整个代码实现，且需要考虑将来硬件卸载的便捷性，所以我们一般建议采用(yòng)较為(wèi)简单的表存储结构。又(yòu)因為(wèi)每条表项的大小(xiǎo)是固定空间，所以采用(yòng)数组的形式是较优的选择。
     先定义一条表项的数据结构如下：

struct row_port_mac
{
u8 port;
u8 pad;/*為(wèi)了对齐做的补充*/
u8 mac[MAC_LEN];
};

     补充对齐：上述表项一条宽度為(wèi)7个字节，如此按数组形式组织的话，则会让mac字段在非内存对齐位置出现，导致数据比较时需要两次对比。若是跨了CacheLine，则会导致更長(cháng)的时间损耗。具體(tǐ)原因请网上搜索“内存对齐”深入學(xué)习。我们建议在定义数组项的时候一定按照8字节倍数对齐方式来定义，若小(xiǎo)于8字节，则补充為(wèi)8；若多(duō)于8，则再多(duō)补充直到成為(wèi)8的倍数（特别说明，这是针对数组定义要求，不同数据结构根据分(fēn)析会有(yǒu)不同的优化定义方法）。
     再定义整张表的数据结构如下：

#define OBX_MAC_MAX 128/*系统最多(duō)支持128条MAC表项*/
struct table_port_mac
{
struct row_port_mac row[OBX_MAC_MAX];
};

     3）表操作方法设计      表的方法主要是指对表的操作，通常包括表项的增、删、改和查四个动作。这些表动作的设计与表的结构定义和表的数据操作方法相关，可(kě)以利用(yòng)对表数据的操作进行优化和精简。如在二维数据中进行任何操作，都得先把表遍历一次，找到空位才能(néng)增加，找到对应的内容项才能(néng)修改和删除。
     根据二层交换的数据处理(lǐ)流程分(fēn)析，在源MAC的學(xué)习过程中，學(xué)习到一个新(xīn)MAC地址需要进行增加表项操作，若已经學(xué)习到的MAC地址发生了端口迁移，则需要更新(xīn)其端口信息。在目的MAC查表过程中是一个单纯的MAC地址查找过程。MAC表项的删除一般发生在MAC表老化的时候，后面文(wén)章单独讲。 三、MAC表功能(néng)方法设计      结合前面的表方法设计和二层交换的数据处理(lǐ)逻辑，我们暂将MAC转发表的方法定义為(wèi)两个：一是源MAC學(xué)习；二是目的MAC查找。      1）源MAC學(xué)习      源MAC學(xué)习是指将一个输入分(fēn)组的源MAC地址學(xué)习并保存到MAC转发表中。若MAC转发表中不存在该源MAC地址信息，则找一个空白位置存储。若MAC转发表中已有(yǒu)该地址信息，则刷新(xīn)（覆盖）其端口号信息。在查找源MAC地址是否存在时，同时查找空闲表项位置，这样只用(yòng)遍历一次表，即可(kě)完成两件事情。另外就是查找到源MAC地址后，立即刷新(xīn)其端口号，可(kě)以判断并打印显示，该MAC地址是否发生了端口转移。      2）目的MAC查找      目的MAC的查找，其目的是為(wèi)了获得查找MAC对应的端口号，查表结果有(yǒu)两种情况，一是查找到了，返回对应的端口号信息；二是没有(yǒu)查找到，则不能(néng)返回正常端口数据，需要使用(yòng)特殊返回值表示，如-1。 四、总结与下一步      1）查表设计      MAC转发表的方法设计為(wèi)什么把二层交换的功能(néng)和表操作混在了一起？因為(wèi)在二层交换中，其核心数据处理(lǐ)流程就是针对MAC转发表进行的一系列数据查找、存储和更新(xīn)动作。按照其逻辑处理(lǐ)方式来设计可(kě)以让學(xué)生更好理(lǐ)解MAC表的操作流程与细节。
     在逻辑设计的过程中，我们需要针对一些特定功能(néng)进行抽象、模块化，比如表的四操作。但在具體(tǐ)实现过程中，其本身的逻辑处理(lǐ)也就是对表的内容进行处理(lǐ)，以数据流程為(wèi)主線(xiàn)进行设计比纯模块化的分(fēn)层设计更容易让學(xué)生掌握交换的处理(lǐ)过程。模块化和分(fēn)层可(kě)以放到后期优化阶段。
     表操作的方法也并不一定要马上全部实现，根据逻辑的需要逐个实现，在实现过程中也会不断修改完善。      2）MAC地址學(xué)习与查表实现      MAC地址的學(xué)习与查找是二层交换的核心，特别是MAC地址學(xué)习，如何设计快速、高效的學(xué)习方法，取决于我们对系统数据处理(lǐ)流程的深度理(lǐ)解与优化迭代。下一篇文(wén)章中会给出一种具體(tǐ)的实现方法供大家参考。 五、结语       欢迎您和學(xué)生们加入FAST开源项目群沟通与探讨，一起體(tǐ)验不一样的系统设计过程。请先加微信号15116127200后邀请入群。