一、概述
二層交換機的(de)主要(yào / yāo)功能就(jiù)是(shì)在(zài)端口之(zhī)間搬移分組，當然是(shì)要(yào / yāo)根據正确的(de)目标地(dì / de)址來(lái)搬移，涉及到(dào)以(yǐ)太網幀格式的(de)解析、源和(hé / huò)目的(de)MAC地(dì / de)址的(de)提取，MAC表的(de)設計、查找和(hé / huò)老化等等一系列的(de)系統功能實現。我們開始設計交換機并不(bù)考慮那麽多，從簡單入手，輕裝上(shàng)陣，你也(yě)許會走得更好。
二、基于(yú)端口号的(de)交換與驗證
上(shàng)一篇文章我們學會了(le／liǎo)打印分組的(de)基本信息和(hé / huò)将分組發送到(dào)指定端口輸出(chū)。今天我們就(jiù)可以(yǐ)來(lái)實現一個(gè)簡單的(de)交換功能，完成兩台主機之(zhī)間的(de)正常通信了(le／liǎo)。
1）端口交換
顧名思義，就(jiù)是(shì)隻識别判斷端口号就(jiù)将分組進行交換轉發，先實現一個(gè)基于(yú)端口的(de)交換功能。固定邏輯隻能實現固定的(de)兩個(gè)端口交換，我們可以(yǐ)将要(yào / yāo)交換的(de)兩個(gè)端口從程序啓動時(shí)作爲(wéi / wèi)參數輸入，這(zhè)樣就(jiù)可以(yǐ)在(zài)啓動命令時(shí)按需要(yào / yāo)指定要(yào / yāo)交換的(de)兩個(gè)端口參數了(le／liǎo)。
增加兩個(gè)端口變量的(de)全局定義，并在(zài)main函數的(de)參數輸入中獲取輸入的(de)值，如：
/*端口交換要(yào / yāo)使用的(de)兩個(gè)全局端口号變量*/
/*main函數中添加如下代碼*/
/*callback函數中添加如下代碼*/
2）驗證
編譯代碼并執行生成文件命令，觀察打印消息。
root@HNXS:/home/hnxs/l2switch# make
同時(shí)，在(zài)一個(gè)測試主機上(shàng)ping另一台測試主機的(de)IP，發現已經ping通了(le／liǎo)。
64 bytes from 192.168.2.117: icmp_seq=10 ttl=64 time=2.02 ms
3）思考
從上(shàng)述交換打印分析，前兩個(gè)報文應該是(shì)ARP分組，32字節metadata加60字節以(yǐ)太幀數據。第1個(gè)是(shì)廣播請求，第2個(gè)是(shì)單播應答。第3和(hé / huò)第4個(gè)報文就(jiù)是(shì)第1組ping的(de)交互數據了(le／liǎo)，标準ping的(de)98字節（130－32＝98）。
先不(bù)往大(dà)了(le／liǎo)說(shuō)，至少我們前面添加了(le／liǎo)幾行代碼就(jiù)實現了(le／liǎo)我們的(de)一個(gè)最基本的(de)原型交換了(le／liǎo)，如果要(yào / yāo)換端口測試，隻需要(yào / yāo)在(zài)啓動命令時(shí)更改相應的(de)端口号參數就(jiù)行了(le／liǎo)。那交換機端口多了(le／liǎo)，用戶多了(le／liǎo)之(zhī)後呢？我們豈不(bù)是(shì)要(yào / yāo)不(bù)斷回來(lái)的(de)啓動程序和(hé / huò)設置端口來(lái)保證他(tā)們通信呢？這(zhè)是(shì)不(bù)是(shì)跟解放前的(de)電話接線員工作有點類似？接線員接到(dào)電話後，先要(yào / yāo)詢問打電話的(de)人(rén)要(yào / yāo)打給誰，然後再把線給連過去。當然，原來(lái)的(de)電話通信與分組交換還是(shì)有些較大(dà)區别，隻是(shì)類比一下，不(bù)擴展細說(shuō)。
三、基于(yú)MAC地(dì / de)址交換與驗證
在(zài)分組交換的(de)頭部攜帶有該分組要(yào / yāo)去往的(de)目的(de)地(dì / de)址，我們管他(tā)叫目的(de)MAC地(dì / de)址。在(zài)以(yǐ)太網網絡中，任意一個(gè)通信終端都必須具備一個(gè)唯一的(de)MAC地(dì / de)址，用作通信内容标識。在(zài)基于(yú)端口交換的(de)基礎上(shàng)，我們也(yě)可以(yǐ)很容易的(de)實現一個(gè)基于(yú)MAC地(dì / de)址的(de)簡單交換功能。至于(yú)爲(wéi / wèi)什麽選目的(de)MAC作爲(wéi / wèi)交換判斷參數，大(dà)家細想肯定能明白。
1）MAC交換
根據以(yǐ)太網幀格式定義，從分組頭部位置提取目的(de)MAC作爲(wéi / wèi)判斷參數，實現一個(gè)基于(yú)MAC地(dì / de)址的(de)交換功能。既然要(yào / yāo)根據目的(de)MAC地(dì / de)址來(lái)做轉發，我們需要(yào / yāo)知道(dào)哪一個(gè)MAC地(dì / de)址的(de)主機連接在(zài)交換機的(de)哪一個(gè)端口上(shàng)面，假設我們已經獲取了(le／liǎo)這(zhè)些信息如下：
主機MAC地(dì / de)址：B8:27:EB:D8:83:20，交換機端口：0
替換原來(lái)端口交換的(de)邏輯代碼，替換代碼如下：
/*新增兩個(gè)MAC的(de)内存格式定義，與S4平台（ARM）相關哦*/
/*注釋原來(lái)端口轉發邏輯，添加MAC轉發邏輯*/
ether_addr_equal函數是(shì)判斷兩個(gè)MAC地(dì / de)址是(shì)否相等，詳情參閱代碼。
兩個(gè)MAC地(dì / de)址的(de)定義準确來(lái)說(shuō)要(yào / yāo)根據MAC的(de)順序方式表示後再做網絡序轉換，爲(wéi / wèi)簡化邏輯和(hé / huò)方便驗證，直接定義成了(le／liǎo)小端平台下反序方式，這(zhè)樣正好跟網絡序的(de)MAC地(dì / de)址對比相等。關于(yú)平台數據的(de)大(dà)小端的(de)問題或主機序與網絡序問題，請網上(shàng)搜索學習。
2）驗證
編譯代碼并執行生成文件命令，觀察打印消息。
root@HNXS:/home/hnxs/l2switch# make
同時(shí)，在(zài)2端口測試主機上(shàng)ping另一台測試主機的(de)IP，發現ping不(bù)通哦。這(zhè)是(shì)因爲(wéi / wèi)我們現在(zài)的(de)邏輯沒有考慮ARP廣播MAC地(dì / de)址的(de)處理邏輯，導緻其無法正常轉發。本節暫不(bù)處理廣播的(de)泛洪轉發功能，後續文章中與組播一起讨論。
那如何讓兩邊主機不(bù)發ARP廣播直接發ping的(de)分組呢？了(le／liǎo)解網絡通信原理的(de)人(rén)都知道(dào)，這(zhè)個(gè)廣播是(shì)在(zài)ping之(zhī)前發出(chū)的(de)MAC地(dì / de)址學習分組，如果沒有學習到(dào)對端的(de)MAC地(dì / de)址，則ping的(de)分組無法完成二層協議的(de)封裝，無法從協議棧發出(chū)。使用如下命令分别在(zài)兩台主機上(shàng)進行對端IP與對端MAC的(de)靜态綁定設置，ping的(de)分組便能正常發出(chū)了(le／liǎo)。
/*192.168.2.115主機執行*/
現在(zài)，在(zài)任意一台主機上(shàng)執行ping均能可以(yǐ)看到(dào)ping通了(le／liǎo)。
3）思考
我們現在(zài)終于(yú)可以(yǐ)根據主機的(de)MAC地(dì / de)址來(lái)進行分組交換轉發了(le／liǎo)，但這(zhè)隻是(shì)兩台主機的(de)固定交換轉發，如果機器MAC多了(le／liǎo)怎麽辦？如果機器連接交換機的(de)端口變了(le／liǎo)怎麽辦？我們需要(yào / yāo)有一張記錄表，能夠記錄哪個(gè)MAC地(dì / de)址在(zài)哪個(gè)端口就(jiù)好了(le／liǎo)，通過每個(gè)分組的(de)目的(de)MAC來(lái)查找其對應的(de)輸出(chū)端口，這(zhè)樣就(jiù)很容易實現分組交換了(le／liǎo)。
四、總結與下一步
1）交換過程的(de)核心數據字段
從上(shàng)述實驗可以(yǐ)看出(chū)，目前交換裏面用到(dào)的(de)就(jiù)兩個(gè)字段，一個(gè)是(shì)端口号，另一個(gè)是(shì)MAC地(dì / de)址。那目的(de)MAC地(dì / de)址與輸出(chū)端口号從哪獲得？其實就(jiù)是(shì)從分組頭的(de)源MAC地(dì / de)址和(hé / huò)輸入端口轉換變成目的(de)MAC和(hé / huò)輸出(chū)端口。故在(zài)交換過程中，其核心數據就(jiù)2個(gè)：端口号和(hé / huò)MAC地(dì / de)址。
2）MAC轉發表設計與驗證
MAC轉發表就(jiù)是(shì)我們前面提到(dào)的(de)記錄表，這(zhè)張表記錄了(le／liǎo)一個(gè)MAC地(dì / de)址與其對應端口号的(de)綁定關系，這(zhè)一關系要(yào / yāo)從輸入分組數據中提取而(ér)來(lái)，由分組的(de)輸入端口與源MAC地(dì / de)址組成這(zhè)一綁定關系，在(zài)查表中便可通過目的(de)MAC來(lái)獲取其正确的(de)輸出(chū)端口了(le／liǎo)。下一篇文章我們聊一下MAC轉發表的(de)設計。
五、結語
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