在(zài)二層交換機環境下，當通信雙方持續交互數據時(shí)，會不(bù)斷命中雙方主機的(de)MAC轉發表項，使其處于(yú)一個(gè)熱狀态。當某一主機長時(shí)間不(bù)與外界聯系時(shí)，該主機的(de)MAC轉發表項就(jiù)會長時(shí)間不(bù)被使用，其爲(wéi / wèi)冷狀态。MAC地(dì / de)址老化意思就(jiù)是(shì)MAC轉發表項長時(shí)間不(bù)用到(dào)，觸發老化機制将其從表項中清除。表項到(dào)底要(yào / yāo)到(dào)多冷的(de)狀态，具體是(shì)多長時(shí)間不(bù)用到(dào)才被老化，這(zhè)個(gè)時(shí)間叫做老化時(shí)間。
MAC地(dì / de)址爲(wéi / wèi)什麽要(yào / yāo)老化？要(yào / yāo)做老化的(de)主要(yào / yāo)原因是(shì)MAC轉發表項不(bù)夠用，換更大(dà)容量則比較費錢。産品在(zài)有限的(de)資源下總是(shì)想幹點更大(dà)的(de)事情。出(chū)發點是(shì)好的(de)，現實也(yě)是(shì)允許的(de)。交換機允許做老化是(shì)跟他(tā)的(de)應用場景、網絡通信模型相關的(de)。流量交互越密集、節點分布越離散對MAC轉發表的(de)容量要(yào / yāo)求越大(dà)，反之(zhī)容量可以(yǐ)較小。老化就(jiù)是(shì)在(zài)容量和(hé / huò)時(shí)間的(de)兩個(gè)維度上(shàng)做出(chū)的(de)一種優化策略，核心是(shì)一種對成本的(de)優化考慮。将理論的(de)容量大(dà)小縮減，調整老化的(de)時(shí)間長短，使其達到(dào)一個(gè)均衡穩定狀态。這(zhè)一狀态是(shì)指網絡的(de)通信服務質量是(shì)可被接受的(de)。一味的(de)調小轉發表容量和(hé / huò)縮短老化時(shí)間，會讓網絡通信産生不(bù)可容忍的(de)服務質量。故在(zài)不(bù)同的(de)應用場景下，交換機的(de)MAC轉發表容量不(bù)同、老化時(shí)間也(yě)不(bù)盡相等。
MAC地(dì / de)址老化是(shì)以(yǐ)時(shí)間爲(wéi / wèi)參考進行處理的(de)，故在(zài)MAC轉發表字段中需要(yào / yāo)新設置時(shí)間戳字段，用以(yǐ)記錄MAC轉發表項的(de)最新使用時(shí)間。MAC轉發表項的(de)定義修改如下：
struct row_port_mac
{
u8 port;
u8 pad;/*内存對齊*/
u8 mac[MAC_LEN];
struct timeval tv;/*記錄MAC最新更新時(shí)間*/
}
1）老化方法
每次MAC查表命中都要(yào / yāo)進行MAC表項的(de)時(shí)間更新，MAC轉發表的(de)老化要(yào / yāo)根據表項的(de)更新時(shí)間來(lái)判斷，與當前檢查時(shí)間相比較，如果超過了(le／liǎo)預先設定的(de)閥值則将該表項老化。老化在(zài)交換機中的(de)具體實現是(shì)怎樣的(de)？以(yǐ)下講述兩種方法。一種是(shì)傳統較好理解的(de)老化線程方法；另一種是(shì)本平台實現場景下的(de)最大(dà)化資源優化方法——X方法。
老化線程的(de)方法是(shì)指，通過啓動額外的(de)專門線程，負責掃描整個(gè)MAC轉發表，逐項比較表項時(shí)間是(shì)否達到(dào)老化要(yào / yāo)求，從而(ér)做出(chū)正确的(de)老化行爲(wéi / wèi)。該方法的(de)實現方法即是(shì)線程循環、遍曆表項、比較時(shí)間、清除表項、休眠、進入下次循環。該方法實現簡單，也(yě)比較适合硬件實現。
X方法是(shì)指不(bù)采用額外線程輪詢遍曆的(de)方式實現老化，那不(bù)遍曆，不(bù)判斷如何才能老化呢？這(zhè)就(jiù)是(shì)前面定語描述的(de)，在(zài)本平台實現場景下的(de)實現基礎上(shàng)完成老化功能。我們可以(yǐ)回顧一下，前面的(de)二層交換功能中的(de)MAC地(dì / de)址學習過程。将新MAC地(dì / de)址學習與查找匹配優化到(dào)了(le／liǎo)一起實現，這(zhè)一實現過程中其實就(jiù)存在(zài)遍曆與判斷的(de)邏輯，那我們隻要(yào / yāo)将此功能稍加調整，便可實現老化功能。核心實現方法如下：
a. 在(zài)MAC學習查找過程中，匹配到(dào)表項則更新時(shí)間；
b. 未匹配時(shí)，負責查找一個(gè)未使用空間時(shí)的(de)判斷改爲(wéi / wèi)尋找一個(gè)使用時(shí)間超過閥值的(de)判斷。
1）老化代碼實現
老化判斷函數，老化時(shí)間用戶可自己定義大(dà)小。
#define AGING_TIME 30 /*老化超時(shí)時(shí)間長度，單位秒*/
int aging_match(int idx,struct timeval *now)
{
return obx_mac_tbl->row[idx].tv.tv_sec + AGING_TIME < now->tv_sec;
}
修改MAC學習與查找功能，将原來(lái)的(de)查找空MAC表項改爲(wéi / wèi)查找可老化表項，如果表項是(shì)空，則其時(shí)間字段爲(wéi / wèi)零，也(yě)會是(shì)需要(yào / yāo)被老化的(de)表項。
/*else if(j == -1 && !ether_addr_equal((u8 *)&zero_mac,obx_mac_tbl->row[i].mac))*/
else if(j == -1 && aging_match(i,&now))
{
j = i;/*記錄第一個(gè)可老化表項位置*/
/*記錄第一個(gè)找到(dào)爲(wéi / wèi)空白表項位置*/
}
上(shàng)述老化有何優勢？不(bù)需要(yào / yāo)額外的(de)線程資源，不(bù)需要(yào / yāo)更多的(de)輪詢遍曆所有MAC表項。通過轉發過程中觸發式的(de)完成老化功能。有數據交換了(le／liǎo)，進入到(dào)該MAC學習流程，若匹配上(shàng)了(le／liǎo)，則更新時(shí)間返回；若沒有匹配上(shàng)MAC地(dì / de)址，則最壞情況是(shì)全表遍曆并找到(dào)一個(gè)老化表項。
我們并不(bù)是(shì)要(yào / yāo)突出(chū)該方法的(de)好處，真實的(de)硬件也(yě)不(bù)會這(zhè)麽實現。但在(zài)一個(gè)抽象的(de)環境中，方案應該具備普适性，而(ér)在(zài)面向一個(gè)具體的(de)場景時(shí)，方法可具特異性，這(zhè)樣就(jiù)可以(yǐ)使解決方案更符合場景需求，達到(dào)最優解狀态。
1）端口斷開對老化影響
MAC表老化除了(le／liǎo)表項不(bù)夠用外還有一種情況就(jiù)是(shì)端口發生變化，如從UP狀态變成DOWN狀态，發生的(de)原因有多種。但最壞的(de)情況是(shì)原來(lái)連接到(dào)端口的(de)網絡可能會發生變化，如用戶将網絡連接端口進行了(le／liǎo)更換。由此帶來(lái)的(de)問題的(de)，基于(yú)原來(lái)的(de)端口轉發表項全部會失效或帶來(lái)錯誤，會嚴重影響網絡的(de)通信。雖然切換端口會影響網絡，但如果不(bù)做端口老化，則會延長影響時(shí)間。故在(zài)交換機的(de)端口發生DOWN的(de)事件後，必須将該端口轉發輸出(chū)的(de)所有MAC表項内容清除，全部老化掉。
2）MAC轉發表硬件卸載
二層交換機的(de)基本設計基本上(shàng)隻講到(dào)這(zhè)爲(wéi / wèi)止，但這(zhè)畢竟隻是(shì)一個(gè)軟件的(de)二層交換，其性能無法達到(dào)我們真實場景測試驗證的(de)要(yào / yāo)求。FAST架構是(shì)一個(gè)平台無關的(de)軟硬件協同處理架構，在(zài)FAST架構下，我們可以(yǐ)非常容易的(de)将MAC轉發表卸載到(dào)硬件實現。由軟件實現MAC地(dì / de)址的(de)學習，然後将其配置到(dào)硬件流表，後續該MAC地(dì / de)址的(de)分組便可直接在(zài)硬件完成交換功能，從而(ér)可以(yǐ)達到(dào)線速轉發能力。下一篇文件我們将講述如何在(zài)FAST架構下将二層交換的(de)MAC轉發表卸載到(dào)硬件。
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