地址學(xué)習(xí)和查找的實(shí)現(xiàn) - 基于FPGA的MAC層地址表設(shè)計(jì)與仿真詳情解析

（３）ｄａ＿ｉｎｄｅｘ和ｄａ＿ｉｎｄｅｘ＋１的Ｖａｌｉｄ字段組成二元組＜ｖａｌｉｄ０，ｖａｌｉｄ１＞，＜０，０＞轉(zhuǎn)（４）、＜０，１＞轉(zhuǎn)（５）、＜１，０＞轉(zhuǎn)（６）、＜１，１＞轉(zhuǎn)（７）。

（４）ｄａ＿ｍａｃ不在地址表中，轉(zhuǎn)（９）。

（５）ｄａ＿ｉｎｄｅｘ＋１表項(xiàng)內(nèi)容中ＭＡＣ地址與ｄａ＿ｍａｃ比較，若兩者相同，轉(zhuǎn)（８），否則轉(zhuǎn)（９）。

（６）ｄａ＿ｉｎｄｅｘ表項(xiàng)內(nèi)容中ＭＡＣ地址與ｄａ＿ｍａｃ比較，若兩者相同，轉(zhuǎn)（８），否則轉(zhuǎn)（９）。

（７）ｄａ＿ｍａｃ在地址表中轉(zhuǎn)（８），否則轉(zhuǎn)（９）。

（８）讀取表項(xiàng)內(nèi)容中的端口號(hào)，與ｄａ＿ｍａｃ組成一組數(shù)據(jù)發(fā)給到ｆｉｆｏ＿ｏｕｔ，完成一次查找。

（９）廣播該ＭＡＣ地址，發(fā)送ｄａ＿ｍａｃ和需要廣播標(biāo)志位給ｆｉｆｏ＿ｏｕｔ，完成一次查找。

（１０）Ｉ＿Ｆｉｎｄ標(biāo)志位為１代表地址表中有廣播請(qǐng)求的ＭＡＣ地址，不需要繼續(xù)廣播下去。Ｉ＿Ｆｉｎｄ標(biāo)志位為０代表需要繼續(xù)廣播下去，轉(zhuǎn)（１１）。

（１１）發(fā)送ｓａ＿ｍａｃ和需要廣播標(biāo)志位給ｆｉｆｏ＿ｏｕｔ，完成一次查找。

１．２．２　地址老化的實(shí)現(xiàn)
交換機(jī)通過(guò)端口發(fā)送和接收幀的源地址（源ＭＡＣ地址、端口號(hào)）將存儲(chǔ)到地址表中。老化時(shí)間是一個(gè)影響交換機(jī)學(xué)習(xí)進(jìn)程的參數(shù)。為地址表中每條地址項(xiàng)添加一個(gè)計(jì)數(shù)器用于表示該地址項(xiàng)的更新時(shí)間，通過(guò)查詢計(jì)數(shù)器位是否為零判斷一個(gè)地址是否已經(jīng)老化。在更新過(guò)程中，所有的輸出引腳處于“懸掛”。

老化過(guò)程如下：
（１）檢測(cè)到更新信號(hào)ｕｐｄ＿ｅｎ為高電平時(shí)，開(kāi)始遍歷整個(gè)地址表。

（２）表項(xiàng)中Ａｇｅ字段為１，代表上一次遍歷周期到此遍歷周期內(nèi)該表項(xiàng)對(duì)應(yīng)的ＭＡＣ 地址被重新寫入過(guò)，轉(zhuǎn)（３），否則（４）。

（３）表項(xiàng)中的Ｖａｌｉｄ字段保持１，Ａｇｅ字段置０。

（４）表項(xiàng)中的Ｖａｌｉｄ字段置０ （刪除已老化的）。

（５）等待ｕｐｄ＿ｅｎ為低電平時(shí)停止遍歷，完成一次地址老化。

３　地址表的輸出調(diào)整（ｆｉｆｏ＿ｏｕｔ）
Ｆｉｆｏ＿ｏｕｔ模塊根據(jù)前一級(jí)提供的各種標(biāo)志信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出的控制。輸入的數(shù)據(jù)信號(hào)有源地址，目的地址，查找到的表項(xiàng)，輸入的標(biāo)志信號(hào)有ｎｄ＿ｂｒ＿ｐａｃｋｅｔ （需要廣播標(biāo)志），Ｉｓ＿ｂｒ＿ｐａｃｋｅｔ（是廣播包標(biāo)志）。

Ｉｓ＿ｂｒ＿ｐａｃｋｅｔ＝１，ｎｄ＿ｂｒ＿ｐａｃｋｅｔ＝０代表“是廣播包，不需要廣播”，對(duì)應(yīng)地址表處理機(jī)制中的事件—接收到廣播包中的ＭＡＣ地址存在地址表中。沒(méi)有輸出。

Ｉｓ＿ｂｒ＿ｐａｃｋｅｔ＝１，ｎｄ＿ｂｒ＿ｐａｃｋｅｔ＝１代表“是廣播包，需要廣播”，對(duì)應(yīng)地址表處理機(jī)制中的事件—繼續(xù)廣播下去。ｓａ＿ｍａｃ經(jīng)過(guò)封裝由ｄｏｕｔ０～ｄｏｕｔ３輸出。

Ｉｓ＿ｂｒ＿ｐａｃｋｅｔ＝０，ｎｄ＿ｂｒ＿ｐａｃｋｅｔ＝０代表“不是廣播包，不需要廣播”，對(duì)應(yīng)地址表處理機(jī)制中的事件—單播包中目的地址存在地址表中。表項(xiàng)經(jīng)過(guò)封裝，對(duì)應(yīng)端口輸出。

Ｉｓ＿ｂｒ＿ｐａｃｋｅｔ＝０，ｎｄ＿ｂｒ＿ｐａｃｋｅｔ＝１代表“不是廣播包，需要廣播”，對(duì)應(yīng)地址表處理機(jī)制中的事件—目的地址不存在地址表中。ｄａ＿ｍａｃ經(jīng)過(guò)封裝由ｄｏｕｔ０～ｄｏｕｔ３輸出。

２　不同ｈａｓｈｉｎｇ函數(shù)的沖突率
Ｈａｓｈｉｎｇ算法的主要原理就是把大范圍映射到小范圍，沖突率和ｈａｓｈｉｎｇ函數(shù)的選取有密切的關(guān)系，圖４中選取了４種不ｈａｓｈｉｎｇ函數(shù)下發(fā)生地址沖突的概率。情況一采用的Ｈａｓｈｉｎｇ函數(shù)為ＭＡＣ地址和自身倒序做異或運(yùn)算所得的結(jié)果經(jīng)過(guò)ＣＲＣ計(jì)算后取最后１１位索引值；情況二采用的Ｈａｓｈｉｎｇ函數(shù)為ＭＡＣ地址和自身倒序做異或運(yùn)算所得的結(jié)果經(jīng)過(guò)ＣＲＣ計(jì)算后取前１１位索引值；情況三采用的Ｈａｓｈｉｎｇ函數(shù)為ＭＡＣ地址平方后取中間１１位為索引值，情況四采用的Ｈａｓｈｉｎｇ函數(shù)為將ＭＡＣ地址分割成位數(shù)相同的３部分，疊加這三部分的和取后１１位為索引值。

仿真過(guò)程描述如下：
４８位二進(jìn)制數(shù)表示的范圍劃分為三子段，每個(gè)子段隨機(jī)生成３０００個(gè)數(shù)。一共有９０００個(gè)隨機(jī)ＭＡＣ地址，依次按照４種情況提供的ｈａｓｈｉｎｇ函數(shù)計(jì)算結(jié)果，索引值一樣沖突加一，分別在不同的地址表容量下求沖突率。