转发表(Forwarding Database)是
数据链路层设备实现数据帧转发的核心组件,通过存储
MAC地址与端口的映射关系指导网络流量定向传输。在
透明网桥中,该数据库通过自学习算法自动构建,无需人工干预即可实现即插即用。现代网络技术中,转发数据库呈现多样化实现形式:
OpenFlow体系通过控制器下发结构化转发规则实现集中化管理,
CEF技术采用四级分层转发表结构提升硬件查询效率,而
MPLS则通过标签转发表实现快速标签交换。该数据库支持动态同步机制,能够在网络拓扑变化时实时更新,并依托
ASIC芯片实现微秒级转发决策。
工作原理
网桥通过接收数据帧的源MAC地址自学习构建转发表项,当目的地址存在于表中时执行定向转发,未命中则广播至所有端口。该过程由接口管理模块和协议实体协同完成,结合
CSMA/CD协议规避冲突,最小帧长限制为64字节以确保有效碰撞检测。
透明网桥的自学习机制包含三个核心阶段:
1.初始状态下转发表为空,所有入站帧被记录源地址并触发广播;
2.随着通信流量累积,转发表逐步覆盖全网活跃设备地址;
3.老化计时器自动清理非活跃表项,默认老化周期为300秒。
技术特性
在OpenFlow架构中,控制器通过EXPERIMENTER报文实现转发数据库的实时更新,EQUAL/MASTER角色控制器拥有下发权限,表项持久化存储在交换机本地。
CEF技术采用256^4量级的分层转发表结构,通过指针关联邻接表获取二层封装信息,支持负载均衡与硬件加速。
动态同步机制体现为:
1.路由协议更新触发转发表增量更新;
2.控制器集中式管理批量下发规则;
3.MPLS通过LDP协议自动分发标签映射关系。截至2024年,华为iMaster NCE-Fabric系统可实现全网转发表同步。
协议实现差异
CEF转发表:镜像IP路由表生成FIB条目,采用4级256通道树形结构,支持分布式架构下多线路卡独立存储副本。每个表项包含下一跳地址、出接口及权重信息,通过TCAM实现纳秒级查找。
MPLS标签转发表:包含入端口(InLabel)、出端口(OutLabel)、标签操作类型(Push/Swap/Pop)等字段。数据包进入MPLS域时封装20bit标签,通过唯一匹配实现单跳转发,查表效率较传统IP路由提升60%。
OpenFlow转发数据库:存储控制器下发的结构化流表规则,包含12元组匹配字段(如源/目的IP、TCP端口、VLAN ID)及对应动作集(重定向、丢弃、限速)。支持优先级判定和多级流表流水线处理。
维护机制
控制器维护模式下(如SDN架构),转发表通过OpenFlow协议批量下发,交换机仅保留执行逻辑不参与路由计算。传统设备采用以下维护方式:
1.动态路由协议(OSPF/BGP)触发增量更新;
3.硬件故障切换时启用备份副本。
权限控制机制包括:
1.MASTER角色控制器独享表项修改权限;
2.SLAVE角色仅允许查询操作;
3.传输通道采用TLS加密保障数据完整性。
性能优化
CEF技术通过分离控制平面与数据平面,将转发表查询性能提升至15Mpps/端口(截至2010年)。
硬件加速技术主要体现为:
1.TCAM实现并行匹配;
2.四级每级256条通道的转发表结构;
3.
FIB与路由表保持动态同步。在万兆以太网环境中,转发表查询延迟控制在200ns以内,可支撑100Gbps线速转发。