一(yī)、概述      上一(yī)篇文章(zhāng)已經了解到如(rú)何學(xué)習MAC和(hé)根據MAC查表得到輸出結果。輸出結果有(yǒu)兩種可(kě)能，一(yī)種是确定的(de)輸出端口号，指示分組從确定的(de)端口号輸出；另一(yī)種是查不到匹配表項，需要廣播（泛洪）輸出。交換機(jī)除了正常端口号輸出和(hé)廣播輸出外，還有(yǒu)一(yī)種方式就是多播輸出。要求同一(yī)個分組從指定的(de)多個端口分别輸出。 二、分組輸出      分組輸出是單播還是多播是根據其MAC地(dì)址的(de)标識來區分的(de)。      1）單播      單播的(de)分組如(rú)何識别，有(yǒu)什麽特征區分呢(ne)？從MAC地(dì)址的(de)設計上做(zuò)了嚴格的(de)區分。MAC地(dì)址一(yī)共6個字節，其第1個字節的(de)最低(dī)位bit值如(rú)果為(wèi)0，則表示其是一(yī)個單播MAC地(dì)址。單播地(dì)址是分配給每一(yī)個單獨網卡使用的(de)物理(lǐ)标識地(dì)址，所以一(yī)個單播地(dì)址是肯定對應到一(yī)台單獨的(de)主機(jī)。單獨的(de)主機(jī)肯定是連接在交換機(jī)的(de)一(yī)個特定的(de)端口上面，故單播地(dì)址分組轉發，也就是一(yī)個單獨确定的(de)端口号，其端口标記用一(yī)個數字表示即可(kě)。       2）多播      與單播相對，其标識定義也就是MAC地(dì)址的(de)第1個字節的(de)最低(dī)位bit是1，則表示一(yī)個多播地(dì)址。特别的(de)，如(rú)果MAC地(dì)址的(de)所有(yǒu)bit位都是1，則表示一(yī)個廣播地(dì)址。多播與單播的(de)差異除了MAC地(dì)址的(de)标識不同外，另外最大的(de)區别就是，一(yī)個多播地(dì)址代表的(de)是一(yī)組主機(jī)，可(kě)以是包含1台或是多台主機(jī)。那多播地(dì)址的(de)分組轉發，如(rú)何确定給哪些主機(jī)發送，從哪些端口轉發呢(ne)？在MAC轉發表中是用多行(xíng)記錄來表示，還是在端口那一(yī)列用多個端口号數字來表示呢(ne)？下面介紹一(yī)種新的(de)端口表示方法。 三、多播學(xué)習與轉發      廣播是一(yī)個多播的(de)特例，是一(yī)個要求所有(yǒu)節點都必須加入的(de)特殊組。多播在有(yǒu)些時候也叫組播，這其實是網絡層的(de)叫法，與其相應的(de)網絡層傳播方式還有(yǒu)任播。網絡層的(de)組播有(yǒu)專門的(de)組播協議實現方法，網絡層的(de)組播IP地(dì)址與MAC層的(de)MAC地(dì)址有(yǒu)着一(yī)一(yī)對應的(de)關系，具體協議和(hé)轉換可(kě)網上搜索學(xué)習，轉換算法在後面文章(zhāng)代碼中會有(yǒu)提到。
     多播既然是表示一(yī)組主機(jī)的(de)集合，那這個集合如(rú)何學(xué)習而來，轉發的(de)時候又根據什麽樣的(de)端口信息進行(xíng)輸出呢(ne)？      1）多播學(xué)習      首先，通過組播協議學(xué)習，我們知道(dào)，主機(jī)發布入組消息，其實并不是為(wèi)了通知交換機(jī)，而是通知網關。對交換機(jī)而言，如(rú)果想支持更好的(de)組播轉發是需要監聽Internet組管理(lǐ)（IGMP）協議的(de)，也就是要處理(lǐ)二層以上的(de)內(nèi)容。如(rú)果隻想簡單粗暴的(de)确證組播功能，則可(kě)以把所有(yǒu)的(de)組播消息當作廣播來處理(lǐ)即可(kě)。隻是這種粗暴的(de)方式會給網絡流量、管理(lǐ)和(hé)用戶體驗來說帶來諸多蔽端。
     通常支持組播管理(lǐ)的(de)交換機(jī)可(kě)以用兩種不同的(de)方式來實現，第一(yī)種是帶一(yī)個輕量級的(de)處理(lǐ)器，可(kě)以支持對二層以上更多協議進行(xíng)處理(lǐ)，則交換機(jī)可(kě)以實現更多複雜的(de)功能。另外一(yī)種是根據場景要求，讓硬件支持特定的(de)管理(lǐ)協議。硬件對組播的(de)支持不需要靈活性，比如(rú)隻支持IGMPV3協議，則可(kě)以直接根據該協議內(nèi)容僅需關心的(de)幾個字段直接提取數據便可(kě)完成協議處理(lǐ)，不像軟件那樣做(zuò)逐層的(de)解析和(hé)判斷。IGMP具體需要用到的(de)字段有(yǒu)Record Type，用來指示是入組還是退組。Multicast Address用來表示IP組播的(de)地(dì)址，根據該地(dì)址可(kě)以映射其對應的(de)多播MAC地(dì)址。
     多播通過上述簡單的(de)字段提取後可(kě)以學(xué)習多播MAC的(de)加入或退出，其最終結果是對應到一(yī)個多播MAC和(hé)其組端口号的(de)映射關系上，如(rú)果某個端口上接收到了IGMP的(de)入組信息，則将該協議中入組的(de)組播IP轉換後的(de)多播MAC與其輸入端口保存到MAC轉發表中，說明，一(yī)旦有(yǒu)目的(de)MAC地(dì)址為(wèi)多播MAC的(de)數據收到，則需要轉發到該端口上。相反，如(rú)果收到IGMP的(de)退組信息，則要将該多播MAC與其端口号信息删除。      2）多播轉發      多播MAC與端口信息可(kě)以通過上面的(de)方法學(xué)習到或删除了，那如(rú)果在一(yī)個交換機(jī)上，一(yī)個多播MAC有(yǒu)多個端口都有(yǒu)主機(jī)加入，則該多播MAC有(yǒu)多個端口号與其組成轉發表，那我們應該如(rú)何來構建組播MAC的(de)轉發表呢(ne)？
     先試想一(yī)下，如(rú)果将其像單播MAC映射表項一(yī)樣，在MAC轉發表中添加多行(xíng)記錄，一(yī)個多播MAC有(yǒu)多少個端口入了組，就添加多少條記錄，是否可(kě)行(xíng)。答案當然是可(kě)以，但進一(yī)步分析查表過程，如(rú)果一(yī)個MAC有(yǒu)多條表項可(kě)以匹配，則每一(yī)次查表都要把全表遍曆，不然肯定無法得到一(yī)個多播MAC所有(yǒu)的(de)端口号信息。這對查表性能來說肯定影響巨大，其影響大小跟表項大小成正比。那我們考慮建立單獨的(de)多播表是否可(kě)以呢(ne)？多播地(dì)址多了後該表條數也會變大，查表性能也會存在問題。
     既然從表項行(xíng)的(de)角度無法解決問題，那我們可(kě)以從列的(de)角度來考慮，原來一(yī)個MAC地(dì)址對應一(yī)個端口，用一(yī)個列表示，那多個端口可(kě)以用多個列表示即可(kě)。用軟件的(de)思路可(kě)能還會考慮到用鏈表來表示端口組信息，這些當然可(kě)以，但從資源和(hé)性能上考慮都還不夠，特别是卸載到硬件實現。
     下面，我們講一(yī)種硬件的(de)常用思維，用bitmap方式表示端口号。Bitmap顧名思義就是用每一(yī)個bit位表示一(yī)個對應的(de)端口，從低(dī)位開始，數字1（bit表示：01）表示0号端口；數字2（bit表示：10）表示1号端口；數字3（bit表示：11）表示0和(hé)1兩個端口。交換機(jī)端口一(yī)般不超過64個，那用64位數據類型即可(kě)全部表示所有(yǒu)端口信息。 四、總結與下一(yī)步      1）多播學(xué)習      多播學(xué)習我們在軟件将采用協議逐層解析的(de)方式獲取我們關心的(de)數據。為(wèi)了軟件代碼實現簡單，多播學(xué)習的(de)表項單獨存儲在一(yī)個多播MAC轉發表中，某個端口的(de)主機(jī)加入了一(yī)個組，我們則在多播MAC轉發表中添加該組的(de)多播地(dì)址與對應端口的(de)bitmap表示值。當有(yǒu)其他端口加入了相同的(de)組，則在原有(yǒu)端口字段上更新其對應端口的(de)bit位的(de)值即可(kě)。      2）端口Bitmap表示      根據端口号的(de)bitmap表示，上述多播MAC地(dì)址學(xué)習後隻需要一(yī)條表項表示即可(kě)，在查表過程中，再也不用遍曆全表查找。那我們是否可(kě)以将多播表和(hé)單播表放一(yī)塊呢(ne)？軟件是可(kě)以的(de)，硬件是不會的(de)。對硬件來說，其資源無比珍貴，每1bit都是錢。單播的(de)端口号隻能是一(yī)個确定值，對最大64個端口來說，其最多隻用6bit即可(kě)表示，其他bit都是多餘，故在硬件交換邏輯中，單播表與多播表是分開的(de)，其端口号的(de)表示大小也根據其硬件端口數量來确定bit位的(de)寬度。單播不采用bitmap方式表示，除了存儲資源浪費還有(yǒu)一(yī)個主要原因就是邏輯與計算資源的(de)浪費。采用bitmap必須逐bit是比較是否為(wèi)1，是1則該端口輸出，輸出最壞情況是遍曆所有(yǒu)bit位。單播本來就是一(yī)個确定端口輸出，使用bitmap的(de)方式隻是造成處理(lǐ)邏輯的(de)複雜化與計算時間的(de)空耗，故單播輸出端口使用常規方式表示。
     下一(yī)篇文章(zhāng)具體講一(yī)下多播表定義、實現與相關代碼修改。 五、結語       歡迎您和(hé)學(xué)生們加入FAST開源項目群溝通與探讨，一(yī)起體驗不一(yī)樣的(de)系統設計過程。請先加微信号15116127200後邀請入群。