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一、概述      二層交換機的主要功能就是在端口之間搬移分組，當然是要根據正確的目標地址來搬移，涉及到以太網幀格式的解析、源和目的MAC地址的提取，MAC表的設計、查找和老化等等一系列的系統功能實現。我們開始設計交換機并不考慮那么多，從簡單入手，輕裝上陣，你也許會走得更好。 二、基于端口號的交換與驗證      上一篇文章我們學會了打印分組的基本信息和將分組發送到指定端口輸出。今天我們就可以來實現一個簡單的交換功能，完成兩臺主機之間的正常通信了。      1）端口交換      顧名思義，就是只識別判斷端口號就將分組進行交換轉發，先實現一個基于端口的交換功能。固定邏輯只能實現固定的兩個端口交換，我們可以將要交換的兩個端口從程序啟動時作為參數輸入，這樣就可以在啟動命令時按需要指定要交換的兩個端口參數了。      增加兩個端口變量的全局定義，并在main函數的參數輸入中獲取輸入的值，如：

/*端口交換要使用的兩個全局端口號變量*/
int port1 = 0,port2 = 0;

/*main函數中添加如下代碼*/
else if(argc == 5)
{
debug = atoi(argv[1]);
mid = atoi(argv[2]);
port1 = atoi(argv[3]);
port2 = atoi(argv[4]);
}

/*callback函數中添加如下代碼*/
if(pkt->um.inport == port1)
pkt->um.outport = port2;
else
pkt->um.outport = port1;

      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
gcc -o ul2switch main_ul2switch.c -lua -lreg -lpthread
root@HNXS:/home/hnxs/l2switch# ./ul2switch 1 130 0 2
fastU->REG Version:20180827,OpenBox HW Version:2020210329
fastU->Register UA to FAST Kernel! Wait Reply......
fastU->UA->pid:2132,mid:130,Register OK!
fastU->libua version:20180827
fastU->fast_ua_recv......
inport:2,dstmid:130,len:92,dmac:FF:FF:FF:FF:FF:FF,smac:B8:27:EB:C1:D1:39
pkt_send_normal->0xb5500470,outport:0,len:92
inport:0,dstmid:130,len:92,dmac:B8:27:EB:C1:D1:39,smac:B8:27:EB:D8:83:20
pkt_send_normal->0xb5500470,outport:2,len:92
inport:2,dstmid:130,len:130,dmac:B8:27:EB:D8:83:20,smac:B8:27:EB:C1:D1:39
pkt_send_normal->0xb5500470,outport:0,len:130
inport:2,dstmid:130,len:130,dmac:B8:27:EB:D8:83:20,smac:B8:27:EB:C1:D1:39
pkt_send_normal->0xb5500470,outport:0,len:130

     同時，在一個測試主機上ping另一臺測試主機的IP，發現已經ping通了。

64 bytes from 192.168.2.117: icmp_seq=10 ttl=64 time=2.02 ms
64 bytes from 192.168.2.117: icmp_seq=11 ttl=64 time=0.742 ms
64 bytes from 192.168.2.117: icmp_seq=12 ttl=64 time=0.597 ms

     3）思考      從上述交換打印分析，前兩個報文應該是ARP分組，32字節metadata加60字節以太幀數據。第1個是廣播請求，第2個是單播應答。第3和第4個報文就是第1組ping的交互數據了，標準ping的98字節（130－32＝98）。
     先不往大了說，至少我們前面添加了幾行代碼就實現了我們的一個最基本的原型交換了，如果要換端口測試，只需要在啟動命令時更改相應的端口號參數就行了。那交換機端口多了，用戶多了之后呢？我們豈不是要不斷回來的啟動程序和設置端口來保證他們通信呢？這是不是跟解放前的電話接線員工作有點類似？接線員接到電話后，先要詢問打電話的人要打給誰，然后再把線給連過去。當然，原來的電話通信與分組交換還是有些較大區別，只是類比一下，不擴展細說。 三、基于MAC地址交換與驗證       在分組交換的頭部攜帶有該分組要去往的目的地址，我們管他叫目的MAC地址。在以太網網絡中，任意一個通信終端都必須具備一個唯一的MAC地址，用作通信內容標識。在基于端口交換的基礎上，我們也可以很容易的實現一個基于MAC地址的簡單交換功能。至于為什么選目的MAC作為交換判斷參數，大家細想肯定能明白。       1）MAC交換      根據以太網幀格式定義，從分組頭部位置提取目的MAC作為判斷參數，實現一個基于MAC地址的交換功能。既然要根據目的MAC地址來做轉發，我們需要知道哪一個MAC地址的主機連接在交換機的哪一個端口上面，假設我們已經獲取了這些信息如下：

主機MAC地址：B8:27:EB:D8:83:20，交換機端口：0
主機MAC地址：B8:27:EB:C1:D1:39，交換機端口：2

替換原來端口交換的邏輯代碼，替換代碼如下：

/*新增兩個MAC的內存格式定義，與S4平臺（ARM）相關哦*/
u64 mac1 = 0x2083D8EB27B8,mac2 = 0x39D1C1EB27B8;

/*注釋原來端口轉發邏輯，添加MAC轉發邏輯*/
if(!ether_addr_equal(pkt->data,(u8 *)&mac1))
pkt->um.outport = 0;
else if(!ether_addr_equal(pkt->data,(u8 *)&mac2))
pkt->um.outport = 2;

     ether_addr_equal函數是判斷兩個MAC地址是否相等，詳情參閱代碼。
     兩個MAC地址的定義準確來說要根據MAC的順序方式表示后再做網絡序轉換，為簡化邏輯和方便驗證，直接定義成了小端平臺下反序方式，這樣正好跟網絡序的MAC地址對比相等。關于平臺數據的大小端的問題或主機序與網絡序問題，請網上搜索學習。
     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
gcc -o ul2switch main_ul2switch.c -lua -lreg -lpthread
root@HNXS:/home/hnxs/l2switch# ./ul2switch
fastU->REG Version:20180827,OpenBox HW Version:2020210329
fastU->Register UA to FAST Kernel! Wait Reply......
fastU->UA->pid:2255,mid:129,Register OK!
fastU->libua version:20180827
fastU->fast_ua_recv......
inport:0,dstmid:129,len:92,dmac:FF:FF:FF:FF:FF:FF,smac:B8:27:EB:D8:83:20
pkt_send_normal->0xb5400470,outport:0,len:92
inport:0,dstmid:129,len:92,dmac:FF:FF:FF:FF:FF:FF,smac:B8:27:EB:D8:83:20
pkt_send_normal->0xb5400470,outport:0,len:92
inport:0,dstmid:129,len:92,dmac:FF:FF:FF:FF:FF:FF,smac:B8:27:EB:D8:83:20
pkt_send_normal->0xb5400470,outport:0,len:92

     同時，在2端口測試主機上ping另一臺測試主機的IP，發現ping不通哦。這是因為我們現在的邏輯沒有考慮ARP廣播MAC地址的處理邏輯，導致其無法正常轉發。本節暫不處理廣播的泛洪轉發功能，后續文章中與組播一起討論。
     那如何讓兩邊主機不發ARP廣播直接發ping的分組呢？了解網絡通信原理的人都知道，這個廣播是在ping之前發出的MAC地址學習分組，如果沒有學習到對端的MAC地址，則ping的分組無法完成二層協議的封裝，無法從協議棧發出。使用如下命令分別在兩臺主機上進行對端IP與對端MAC的靜態綁定設置，ping的分組便能正常發出了。

/*192.168.2.115主機執行*/
#arp –s 192.168.2.117 b8:27:eb:d8:83:20
/*192.168.2.117主機執行*/
#arp –s 192.168.2.115 b8:27:eb:c1:d1:39

     現在，在任意一臺主機上執行ping均能可以看到ping通了。      3）思考      我們現在終于可以根據主機的MAC地址來進行分組交換轉發了，但這只是兩臺主機的固定交換轉發，如果機器MAC多了怎么辦？如果機器連接交換機的端口變了怎么辦？我們需要有一張記錄表，能夠記錄哪個MAC地址在哪個端口就好了，通過每個分組的目的MAC來查找其對應的輸出端口，這樣就很容易實現分組交換了。 四、總結與下一步      1）交換過程的核心數據字段      從上述實驗可以看出，目前交換里面用到的就兩個字段，一個是端口號，另一個是MAC地址。那目的MAC地址與輸出端口號從哪獲得？其實就是從分組頭的源MAC地址和輸入端口轉換變成目的MAC和輸出端口。故在交換過程中，其核心數據就2個：端口號和MAC地址。      2）MAC轉發表設計與驗證      MAC轉發表就是我們前面提到的記錄表，這張表記錄了一個MAC地址與其對應端口號的綁定關系，這一關系要從輸入分組數據中提取而來，由分組的輸入端口與源MAC地址組成這一綁定關系，在查表中便可通過目的MAC來獲取其正確的輸出端口了。下一篇文章我們聊一下MAC轉發表的設計。 五、結語       歡迎您和學生們加入FAST開源項目群溝通與探討，一起體驗不一樣的系統設計過程。請先加微信號15116127200后邀請入群。