上一篇文(wén)章已经了解到如何學(xué)习MAC和根据MAC查表得到输出结果。输出结果有(yǒu)两种可(kě)能(néng)，一种是确定的输出端口号，指示分(fēn)组从确定的端口号输出；另一种是查不到匹配表项，需要广播（泛洪）输出。交换机除了正常端口号输出和广播输出外，还有(yǒu)一种方式就是多(duō)播输出。要求同一个分(fēn)组从指定的多(duō)个端口分(fēn)别输出。
分(fēn)组输出是单播还是多(duō)播是根据其MAC地址的标识来區(qū)分(fēn)的。
1）单播
单播的分(fēn)组如何识别，有(yǒu)什么特征區(qū)分(fēn)呢(ne)？从MAC地址的设计上做了严格的區(qū)分(fēn)。MAC地址一共6个字节，其第1个字节的最低位bit值如果為(wèi)0，则表示其是一个单播MAC地址。单播地址是分(fēn)配给每一个单独网卡使用(yòng)的物(wù)理(lǐ)标识地址，所以一个单播地址是肯定对应到一台单独的主机。单独的主机肯定是连接在交换机的一个特定的端口上面，故单播地址分(fēn)组转发，也就是一个单独确定的端口号，其端口标记用(yòng)一个数字表示即可(kě)。
2）多(duō)播
与单播相对，其标识定义也就是MAC地址的第1个字节的最低位bit是1，则表示一个多(duō)播地址。特别的，如果MAC地址的所有(yǒu)bit位都是1，则表示一个广播地址。多(duō)播与单播的差异除了MAC地址的标识不同外，另外最大的區(qū)别就是，一个多(duō)播地址代表的是一组主机，可(kě)以是包含1台或是多(duō)台主机。那多(duō)播地址的分(fēn)组转发，如何确定给哪些主机发送，从哪些端口转发呢(ne)？在MAC转发表中是用(yòng)多(duō)行记录来表示，还是在端口那一列用(yòng)多(duō)个端口号数字来表示呢(ne)？下面介绍一种新(xīn)的端口表示方法。
广播是一个多(duō)播的特例，是一个要求所有(yǒu)节点都必须加入的特殊组。多(duō)播在有(yǒu)些时候也叫组播，这其实是网络层的叫法，与其相应的网络层传播方式还有(yǒu)任播。网络层的组播有(yǒu)专门的组播协议实现方法，网络层的组播IP地址与MAC层的MAC地址有(yǒu)着一一对应的关系，具體(tǐ)协议和转换可(kě)网上搜索學(xué)习，转换算法在后面文(wén)章代码中会有(yǒu)提到。
多(duō)播既然是表示一组主机的集合，那这个集合如何學(xué)习而来，转发的时候又(yòu)根据什么样的端口信息进行输出呢(ne)？
1）多(duō)播學(xué)习
首先，通过组播协议學(xué)习，我们知道，主机发布入组消息，其实并不是為(wèi)了通知交换机，而是通知网关。对交换机而言，如果想支持更好的组播转发是需要监听Internet组管理(lǐ)（IGMP）协议的，也就是要处理(lǐ)二层以上的内容。如果只想简单粗暴的确证组播功能(néng)，则可(kě)以把所有(yǒu)的组播消息当作广播来处理(lǐ)即可(kě)。只是这种粗暴的方式会给网络流量、管理(lǐ)和用(yòng)户體(tǐ)验来说带来诸多(duō)蔽端。
通常支持组播管理(lǐ)的交换机可(kě)以用(yòng)两种不同的方式来实现，第一种是带一个轻量级的处理(lǐ)器，可(kě)以支持对二层以上更多(duō)协议进行处理(lǐ)，则交换机可(kě)以实现更多(duō)复杂的功能(néng)。另外一种是根据场景要求，让硬件支持特定的管理(lǐ)协议。硬件对组播的支持不需要灵活性，比如只支持IGMPV3协议，则可(kě)以直接根据该协议内容仅需关心的几个字段直接提取数据便可(kě)完成协议处理(lǐ)，不像软件那样做逐层的解析和判断。IGMP具體(tǐ)需要用(yòng)到的字段有(yǒu)Record Type，用(yòng)来指示是入组还是退组。Multicast Address用(yòng)来表示IP组播的地址，根据该地址可(kě)以映射其对应的多(duō)播MAC地址。
多(duō)播通过上述简单的字段提取后可(kě)以學(xué)习多(duō)播MAC的加入或退出，其最终结果是对应到一个多(duō)播MAC和其组端口号的映射关系上，如果某个端口上接收到了IGMP的入组信息，则将该协议中入组的组播IP转换后的多(duō)播MAC与其输入端口保存到MAC转发表中，说明，一旦有(yǒu)目的MAC地址為(wèi)多(duō)播MAC的数据收到，则需要转发到该端口上。相反，如果收到IGMP的退组信息，则要将该多(duō)播MAC与其端口号信息删除。
2）多(duō)播转发
多(duō)播MAC与端口信息可(kě)以通过上面的方法學(xué)习到或删除了，那如果在一个交换机上，一个多(duō)播MAC有(yǒu)多(duō)个端口都有(yǒu)主机加入，则该多(duō)播MAC有(yǒu)多(duō)个端口号与其组成转发表，那我们应该如何来构建组播MAC的转发表呢(ne)？
先试想一下，如果将其像单播MAC映射表项一样，在MAC转发表中添加多(duō)行记录，一个多(duō)播MAC有(yǒu)多(duō)少个端口入了组，就添加多(duō)少条记录，是否可(kě)行。答(dá)案当然是可(kě)以，但进一步分(fēn)析查表过程，如果一个MAC有(yǒu)多(duō)条表项可(kě)以匹配，则每一次查表都要把全表遍历，不然肯定无法得到一个多(duō)播MAC所有(yǒu)的端口号信息。这对查表性能(néng)来说肯定影响巨大，其影响大小(xiǎo)跟表项大小(xiǎo)成正比。那我们考虑建立单独的多(duō)播表是否可(kě)以呢(ne)？多(duō)播地址多(duō)了后该表条数也会变大，查表性能(néng)也会存在问题。
既然从表项行的角度无法解决问题，那我们可(kě)以从列的角度来考虑，原来一个MAC地址对应一个端口，用(yòng)一个列表示，那多(duō)个端口可(kě)以用(yòng)多(duō)个列表示即可(kě)。用(yòng)软件的思路可(kě)能(néng)还会考虑到用(yòng)链表来表示端口组信息，这些当然可(kě)以，但从资源和性能(néng)上考虑都还不够，特别是卸载到硬件实现。
下面，我们讲一种硬件的常用(yòng)思维，用(yòng)bitmap方式表示端口号。Bitmap顾名思义就是用(yòng)每一个bit位表示一个对应的端口，从低位开始，数字1（bit表示：01）表示0号端口；数字2（bit表示：10）表示1号端口；数字3（bit表示：11）表示0和1两个端口。交换机端口一般不超过64个，那用(yòng)64位数据类型即可(kě)全部表示所有(yǒu)端口信息。
1）多(duō)播學(xué)习
多(duō)播學(xué)习我们在软件将采用(yòng)协议逐层解析的方式获取我们关心的数据。為(wèi)了软件代码实现简单，多(duō)播學(xué)习的表项单独存储在一个多(duō)播MAC转发表中，某个端口的主机加入了一个组，我们则在多(duō)播MAC转发表中添加该组的多(duō)播地址与对应端口的bitmap表示值。当有(yǒu)其他(tā)端口加入了相同的组，则在原有(yǒu)端口字段上更新(xīn)其对应端口的bit位的值即可(kě)。
2）端口Bitmap表示
根据端口号的bitmap表示，上述多(duō)播MAC地址學(xué)习后只需要一条表项表示即可(kě)，在查表过程中，再也不用(yòng)遍历全表查找。那我们是否可(kě)以将多(duō)播表和单播表放一块呢(ne)？软件是可(kě)以的，硬件是不会的。对硬件来说，其资源无比珍贵，每1bit都是钱。单播的端口号只能(néng)是一个确定值，对最大64个端口来说，其最多(duō)只用(yòng)6bit即可(kě)表示，其他(tā)bit都是多(duō)余，故在硬件交换逻辑中，单播表与多(duō)播表是分(fēn)开的，其端口号的表示大小(xiǎo)也根据其硬件端口数量来确定bit位的宽度。单播不采用(yòng)bitmap方式表示，除了存储资源浪费还有(yǒu)一个主要原因就是逻辑与计算资源的浪费。采用(yòng)bitmap必须逐bit是比较是否為(wèi)1，是1则该端口输出，输出最坏情况是遍历所有(yǒu)bit位。单播本来就是一个确定端口输出，使用(yòng)bitmap的方式只是造成处理(lǐ)逻辑的复杂化与计算时间的空耗，故单播输出端口使用(yòng)常规方式表示。
下一篇文(wén)章具體(tǐ)讲一下多(duō)播表定义、实现与相关代码修改。
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