一(yī)、概述      在二層交換機(jī)環境下，當通信雙方持續交互數據時，會不斷命中雙方主機(jī)的(de)MAC轉發表項，使其處于一(yī)個熱狀态。當某一(yī)主機(jī)長(cháng)時間不與外界聯系時，該主機(jī)的(de)MAC轉發表項就會長(cháng)時間不被使用，其為(wèi)冷狀态。MAC地(dì)址老化意思就是MAC轉發表項長(cháng)時間不用到，觸發老化機(jī)制将其從表項中清除。表項到底要到多冷的(de)狀态，具體是多長(cháng)時間不用到才被老化，這個時間叫做(zuò)老化時間。 二、MAC地(dì)址老化      MAC地(dì)址為(wèi)什麽要老化？要做(zuò)老化的(de)主要原因是MAC轉發表項不夠用，換更大容量則比較費錢。産品在有(yǒu)限的(de)資源下總是想幹點更大的(de)事情。出發點是好的(de)，現實也是允許的(de)。交換機(jī)允許做(zuò)老化是跟他的(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(lí)散對MAC轉發表的(de)容量要求越大，反之容量可(kě)以較小。老化就是在容量和(hé)時間的(de)兩個維度上做(zuò)出的(de)一(yī)種優化策略，核心是一(yī)種對成本的(de)優化考慮。将理(lǐ)論的(de)容量大小縮減，調整老化的(de)時間長(cháng)短(duǎn)，使其達到一(yī)個均衡穩定狀态。這一(yī)狀态是指網絡的(de)通信服務質量是可(kě)被接受的(de)。一(yī)味的(de)調小轉發表容量和(hé)縮短(duǎn)老化時間，會讓網絡通信産生不可(kě)容忍的(de)服務質量。故在不同的(de)應用場景下，交換機(jī)的(de)MAC轉發表容量不同、老化時間也不盡相等。 三、MAC轉發表修改      MAC地(dì)址老化是以時間為(wèi)參考進行(xíng)處理(lǐ)的(de)，故在MAC轉發表字段中需要新設置時間戳字段，用以記錄MAC轉發表項的(de)最新使用時間。MAC轉發表項的(de)定義修改如(rú)下：

struct row_port_mac
{
      u8 port;
      u8 pad;/*內(nèi)存對齊*/
      u8 mac[MAC_LEN];
      struct timeval tv;/*記錄MAC最新更新時間*/
}

四、老化功能實現      1）老化方法      每次MAC查表命中都要進行(xíng)MAC表項的(de)時間更新，MAC轉發表的(de)老化要根據表項的(de)更新時間來判斷，與當前檢查時間相比較，如(rú)果超過了預先設定的(de)閥值則将該表項老化。老化在交換機(jī)中的(de)具體實現是怎樣的(de)？以下講述兩種方法。一(yī)種是傳統較好理(lǐ)解的(de)老化線程方法；另一(yī)種是本平台實現場景下的(de)最大化資源優化方法——X方法。
     老化線程的(de)方法是指，通過啓動額外的(de)專門線程，負責掃描整個MAC轉發表，逐項比較表項時間是否達到老化要求，從而做(zuò)出正确的(de)老化行(xíng)為(wèi)。該方法的(de)實現方法即是線程循環、遍曆表項、比較時間、清除表項、休眠、進入下次循環。該方法實現簡單，也比較适合硬件實現。
     X方法是指不采用額外線程輪詢遍曆的(de)方式實現老化，那不遍曆，不判斷如(rú)何才能老化呢(ne)？這就是前面定語描述的(de)，在本平台實現場景下的(de)實現基礎上完成老化功能。我們可(kě)以回顧一(yī)下，前面的(de)二層交換功能中的(de)MAC地(dì)址學(xué)習過程。将新MAC地(dì)址學(xué)習與查找匹配優化到了一(yī)起實現，這一(yī)實現過程中其實就存在遍曆與判斷的(de)邏輯，那我們隻要将此功能稍加調整，便可(kě)實現老化功能。核心實現方法如(rú)下：
       a. 在MAC學(xué)習查找過程中，匹配到表項則更新時間；
       b. 未匹配時，負責查找一(yī)個未使用空間時的(de)判斷改為(wèi)尋找一(yī)個使用時間超過閥值的(de)判斷。      1）老化代碼實現      老化判斷函數，老化時間用戶可(kě)自(zì)己定義大小。

#define AGING_TIME 30 /*老化超時時間長(cháng)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(xué)習與查找功能，将原來的(de)查找空MAC表項改為(wèi)查找可(kě)老化表項，如(rú)果表項是空，則其時間字段為(wèi)零，也會是需要被老化的(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(yī)個可(kě)老化表項位置*/
      /*記錄第一(yī)個找到為(wèi)空白表項位置*/
}

     上述老化有(yǒu)何優勢？不需要額外的(de)線程資源，不需要更多的(de)輪詢遍曆所有(yǒu)MAC表項。通過轉發過程中觸發式的(de)完成老化功能。有(yǒu)數據交換了，進入到該MAC學(xué)習流程，若匹配上了，則更新時間返回；若沒有(yǒu)匹配上MAC地(dì)址，則最壞情況是全表遍曆并找到一(yī)個老化表項。
     我們并不是要突出該方法的(de)好處，真實的(de)硬件也不會這麽實現。但在一(yī)個抽象的(de)環境中，方案應該具備普适性，而在面向一(yī)個具體的(de)場景時，方法可(kě)具特異性，這樣就可(kě)以使解決方案更符合場景需求，達到最優解狀态。 五、總結與下一(yī)步      1）端口斷開對老化影響      MAC表老化除了表項不夠用外還有(yǒu)一(yī)種情況就是端口發生變化，如(rú)從UP狀态變成DOWN狀态，發生的(de)原因有(yǒu)多種。但最壞的(de)情況是原來連接到端口的(de)網絡可(kě)能會發生變化，如(rú)用戶将網絡連接端口進行(xíng)了更換。由此帶來的(de)問題的(de)，基于原來的(de)端口轉發表項全部會失效或帶來錯誤，會嚴重影響網絡的(de)通信。雖然切換端口會影響網絡，但如(rú)果不做(zuò)端口老化，則會延長(cháng)影響時間。故在交換機(jī)的(de)端口發生DOWN的(de)事件後，必須将該端口轉發輸出的(de)所有(yǒu)MAC表項內(nèi)容清除，全部老化掉。      2）MAC轉發表硬件卸載      二層交換機(jī)的(de)基本設計基本上隻講到這為(wèi)止，但這畢竟隻是一(yī)個軟件的(de)二層交換，其性能無法達到我們真實場景測試驗證的(de)要求。FAST架構是一(yī)個平台無關的(de)軟硬件協同處理(lǐ)架構，在FAST架構下，我們可(kě)以非常容易的(de)将MAC轉發表卸載到硬件實現。由軟件實現MAC地(dì)址的(de)學(xué)習，然後将其配置到硬件流表，後續該MAC地(dì)址的(de)分組便可(kě)直接在硬件完成交換功能，從而可(kě)以達到線速轉發能力。下一(yī)篇文件我們将講述如(rú)何在FAST架構下将二層交換的(de)MAC轉發表卸載到硬件。 六、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。