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工业交换机MAC地址表大小：为何它如此重要？

2025-02-21

一、引言

 

由于网络的高速发展，数据的传输效率及网络的安全性是考量网络的关键指标。MAC地址表在提高数据包转发性能、减少网络冲突以及网络安全性方面发挥着至关重要的作用。

 

二、MAC地址表的基本概念

 

MAC地址表记录了到达设备的数据包或由管理员手动指定MAC地址、接口号以及所属VLAN ID之间的对应关系，是VLAN内决定数据包转发的决策表，它是决定交换机转发行为的标准。

 

1. MAC地址表作用

 

在早期的以太网网络中，整个网络属于一块广播域。由于进行局域网互联时无法限制广播的问题，于是出现了VLAN (Virtual Local Area Network，虚拟局域网)的技术，这种技术把一块广播域划分为多个广播域，VLAN内的主机设备可以正常通信。

 

由于VLAN内的主机设备仍然是以广播的形式进行通信，一个主机发送数据，会在同一VLAN里面进行广播，即同一个VLAN内的主机均会接收到该数据包，但一些没有必要接收该数据包的主机将会产生带宽浪费，故MAC地址表应运而生。在同一个VLAN里面转发数据时，查找MAC地址表项，数据包由一对多变为一对一的转发形式，进而提高数据包的转发性能、提高接口的吞吐量、维护网络的安全。

 

2. MAC地址表类型

 

1）动态MAC地址：由接口通过接收到数据包的源MAC地址学习得到，表项可以被老化，默认老化时间为300s，可以通过网络浏览器或命令行界面 (CLI)修改老化时间。

 

动态MAC地址老化机制：若从收到最后一个该数据包开始，到老化时间结束的时间段内，未收到该数据包，会清除学习到在动态MAC地址中该数据包的表项;若从收到最后一个该数据包开始，到老化时间结束的时间段内，再次接收到该数据包，该条MAC地址表项会重新计算老化时间。

 

图一(MAC地址老化过程图)

 

2）静态MAC地址：由管理员手动配置，该地址不会被老化。默认情况下，接口和MAC地址静态绑定后，其他接口收到源MAC是该MAC地址的报文将会被丢弃。

 

图二(基于MAC地址表转发)

 

如图二，PC1访问PC3，经过switch查找地址表，查找到VLAN 10 MAC 3的接口为Port3，那么该数据包就往Port3进行转发，而不会往Port2进行转发。即对于该数据包而言，PC3可以收到PC1发送的数据包，而PC2收不到PC1发送的数据包。

 

3. MAC地址学习限制

 

由于MAC地址表的容量是有限的，当一个接口接收大量源MAC地址不同的报文(可能为攻击报文)，将会导致设备上的MAC地址表项可能会被耗尽。MAC地址表一旦被耗尽，设备上接口即使接收到报文，也无法学习报文中的源MAC地址，将会导致报文泛洪，浪费接口带宽。

 

故而为了解决上述问题，设备提供以下五种方式对MAC地址学习进行控制：

 

1）基于VLAN或接口关闭MAC学习能力，目的：禁止指定的VLAN/接口进行MAC地址学习的能力，防止其占用大部分MAC地址表条目。

2）基于VLAN或接口限制MAC地址学习的数量，目的：防止指定的VLAN/接口学习过多的MAC地址，从而占用大量的MAC地址表容量。

3）基于VLAN或接口清除已学习的MAC地址条目，目的：防止未老化的MAC地址，在老化完成之前一直占用MAC地址表。

4）对于MAC表项已满，且报文的目的MAC在MAC表项中查找不到该条MAC表项时，丢弃该报文，目的：防止报文泛洪，造成带宽浪费。

5）对于MAC表项已满，且报文源MAC地址在MAC表项中查找不到该条MAC表项时，丢弃该报文，目的：防止攻击报文的转发，从而节省接口带宽。

 

4. MAC地址表项漂移

 

MAC地址表项漂移是指不同的端口接收到相同的MAC地址，后学习到的MAC地址表项覆盖原MAC地址表项的一种现象。

 

 

三、MAC地址表大小的意义

 

1）控制网络访问：MAC地址可以限制网络攻击，管理员可以配置特定的MAC地址进行访问，其他MAC地址不允许访问，可以有效防止未经授权的设备或潜在的攻击者访问交换机。通过对交换机的访问做限制，极大的增加了网络的安全性。

2）提高转发性能、网络可靠性：通过数据包的目的MAC查找交换机MAC地址表进行转发，这种方式能够确保数据包准确的转发到目标设备，有效的避免了数据包的丢失和错误传输，达到提高数据包转发性能，且提高网络的可靠性。

3）提高吞吐量：通过修改数据包的转发方式，由广播泛洪变更为指定端口转发，减少接口出方向的泛洪数据包，达到提高网络吞吐量的性能。

 

四、如何选择合适的MAC地址表大小

 

对于选择合适的MAC地址表大小，需要考虑以下因素

 

1）根据交换机所处网络的位置，处于核心网络还是边缘网络。

2）交换机所有端口上下游交互主机网络的数量和。

3）预留一部分MAC表项，针对一些特殊情况使用，如防止多种MAC访问(黑名单)。

4）若选择MAC地址表过大：增大CPU的处理负荷。

5）若选择MAC地址表过小：降低数据报文转发性能，浪费接口网络带宽，增大网络冲突的可能性。

 

五、迈威通信不同工业交换机MAC地址表大小

 

平台

设备型号

MAC地址表(K=1024)

MBN3000(L2&单片机)

ISM515-V3-2D-2C

2K

MBN6000(L2&方案一)

ISM518-V2

2K

ISM7100-V2

8K

MBN6000(L2&方案二)

MISCOM7028G-V2-4GF-8GC-16GT

8K

MBN7000(L3&PTP&TSN)

MISCOM8036TSN-4XGF-24GF-8GT

32K

MISCOM7028TSN-2GF-6GT

8K

MBN8000(L3)

ISM7112G

8K

MISCO8028G-4XGF

16K

 

六、结语

 

MAC地址表使数据包由泛洪转发转变为点到点转发，节省大量带宽的浪费，提高数据包转发性能，从而提高吞吐量，可以较为明显的改善对带宽有一定要求的网络环境。MAC地址在提高工业通信网络的效率、性能及安全方面发挥着至关重要的作用。在交换机所处网络位置的不同，选择合适的MAC地址表，极大程度提高交换机性能。

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