基于前缀范围对分搜索的高性能路由查找

高端路由器路由查找大多采用单步TCAM方案．要求转发表的存储必须按前缀长度相对地址降序排列，这种与地址关联的排序操作影响表项的更新速度和路由查找流程的连续性．与已有对前缀长度的搜索不同，该文提出一种独特的基于前缀范围对分搜索的路由查找算法．并以多步TCAM实现流水查找．突出特点是转发表无需排序，表项更新快，查找速率高且连续性好。可满足IPv4／IPv6核心路由器OC-768(40Gbps)端口的线速率转发．     

一种新的二分路由查找方法

分析路由表前缀间的覆盖关系特征,证明了前缀覆盖级别集合符合二分查找特性,提出一种基于前缀覆盖级别的二分路由查找算法,和传统基于前缀长度或者前缀值的线性或者二分查找算法相比,在查找性能、路由更新和存储空间方面具有优势,本方法可以在O(log2max_level+1)个TCAM时钟周期内完成1次路由查找,其中max_level为最大的前缀覆盖级别,目前max_level不超过7;本方法无需前缀扩展和排序,支持路由增量更新;另外,传统TCAM路由查找相比,可以节省功耗约50%.     

基于分段地址结构的快速路由查找算法

根据IPV6地址结构和骨干路由表特点,分析了原有路由查找算法,基于IPV6的掩码长度和分段地址,采用Hash表和多分支Trie树结构,提出了一种快速的IPV6路由查找算法。根据分段地址和掩码将最常用到的路由前缀按前缀长度设置Hash表,并将前缀值有序存放在表结点中。不仅可以进行前缀长度的二分查找,同时又是其它前缀匹配的索引。对于其他的前缀匹配问题,根据Hash表中的索引到相应的多分支Trie树完成最长前缀匹配。实践证明该算法具有较好的时空效率,可以较好地提高路由查找速度。     

一种新的快速IPv6路由查找算法

在分析原有查找算法的基础上,结合IPv6地址结构和骨干路由表特点,提出一种新的快速IPv6路由查找算法。基于Hash表和多分支Trie树结构,将最常用到的路由前缀按前缀长度放置在Hash表中,并按前缀值有序存放在表结点中,不仅可以进行最常用前缀的二分查找,同时又是其他前缀匹配的索引。对于其他的前缀匹配问题,根据Hash表中的索引到相应的多分支Trie树完成最长前缀匹配。分析及测试证明该算法具有很好的时间效率,更新速度很快。     

一种高效的网络安全设备IP数据包转发机制

通过对IP数据包转发机制研究,针对网络安全设备对数据包转发的特殊需求,提出了一种基于(IFPLUT TCAM)的IP数据包转发机制。该机制将查找表根据输出端口分割为若干个小查找表,并允许查找引擎对每个小查找表进行并行处理,有效地将寻找“最长前缀匹配”的复杂问题简化为“第一前缀匹配”问题。     

一种兼容IPv4和IPv6的快速路由查找算法

文中提出了一种基于DAG(Directed Acyclic Graph)的路由查找算法，兼容IPv4和IPv6，单层使用基于前缀长度的二分查找，可以用流水线方式硬件实现，最坏情况下支持OC768线速。     

TCAM表项管理算法研究

为了克服传统的软件路由查找机制的瓶颈,高速路由器目前的查表方案是基于TCAM的硬件路由查找。由于路由查找的最长前缀匹配要求,TCAM要解决路由表项的高效存储和管理问题。本文讨论了目前的基于TCAM的表项管理算法,对当前研究的新进展进行了重点分析和比较,为进一步的研究提出了新的思路。在863重大课题“可扩展到T比特的高性能IPv4/v6路由器基础平台及实验系统"中,得到很好的应用。     

TCAM表项管理算法研究

为了克服传统的软件路由查找机制的瓶颈,高速路由器目前的查表方案是基于TCAM的硬件路由查找.由于路由查找的最长前缀匹配要求,TCAM要解决路由表项的高效存储和管理问题.本文讨论了目前的基于TCAM的表项管理算法,对当前研究的新进展进行了重点分析和比较,为进一步的研究提出了新的思路.在863重大课题"可扩展到T比特的高性能IPv4/v6路由器基础平台及实验系统"中,得到很好的应用.     

基于多分支优先级树的IP路由查找算法

针对现有路由表查找方法效率低的问题,提出了一种基于多分支优先级树的数据查找算法。该算法将优先级较高的前缀依次存储在原多分支树的虚节点上,将需要进行扩展的前缀存储在辅助存储结构中,从而在路由查找时,该方法可在内部节点找到最长前缀匹配而无需查找到叶子节点,同时避免了在路由表更新时对路由表的重建。仿真结果表明,提出的查找算法能够有效减少在对路由表查找、插入和删除操作所需的内存访问次数,并大幅度地提高路由查找及其更新速率。     

基于多分支优先级树的IP路由查找算法

针对现有路由表查找方法效率低的问题,提出了一种基于多分支优先级树的数据查找算法。该算法将优先级较高的前缀依次存储在原多分支树的虚节点上,将需要进行扩展的前缀存储在辅助存储结构中,从而在路由查找时,该方法可在内部节点找到最长前缀匹配而无需查找到叶子节点,同时避免了在路由表更新时对路由表的重建。仿真结果表明,提出的查找算法能够有效减少在对路由表查找、插入和删除操作所需的内存访问次数,并大幅度地提高路由查找及其更新速率。     

散列索引多分支Trie树快速路由查找算法

路由器的主要任务是转发IP分组,实现高速分组转发的关键是快速的路由查找算法。我们针对IPv4地址,首先建立前缀长度为8、16和24的3张hash表,在此基础上,再分别针对不同长度的前缀建立最多只涉及其余8比特的多分支Trie树。在这种结构中进行IP路由查找,其存储器访问次数最多为7次,而且还具有易于更新、易于扩展等特点。     

一种改进的二分法IPv6路由查找算法

随着IPv6协议的广泛应用，传统的IPv4路由表查找算法不再适应IPv6网络环境中路由转发的需要。该文在基于hash表的二分查找算法基础之上，提出了一种改进算法，该算法应用于超大规模路由表时能表现出较好、稳定的运行效率。为了减小内存消耗，还针对该算法提出了优化方案，并通过实验数据进行了对比分析。     

基于前缀扩展的快速路由查找算法

该文对路由器中的快速路由查找算法进行了研究。针对路由查找算法在查找速度、算法空间复杂度以及插入和删除表项的难度算方法存在的问题,提出了一种快速路由查找算法。该算法通过构造两级索引表结构来减小路由查找的访存次数以提高查找速度;利用前缀扩展的特性并采用特殊的数据结构来构建索引表,能支持动态插入、删除和更新路由;采用压缩技术对二级索引表进行压缩,从而大大减小了路由所需的存储空间。该算法最多四次访存,最少两次访存就完成一次路由查找。由于采用了压缩方法,所需存储空间很小,该算法不仅适合于软件实现,也适合于硬件实现。查找速度快、存储空间小并支持动态插入和删除是该算法的主要特点。     

基于无冲突哈希表和多比特树的两级IPv6路由查找算法

为了提高IPv6的路由查找效率,根据IPv6路由前缀分布规律和前缀层次关系,提出了基于无冲突哈希表和多比特树的两级IPv6路由查找算法。该算法将地址前缀划分区间并按长度为32,40,48比特分别存储于3个哈希表中,剩下不足的前缀比特由多比特树存储,IPv6路由查找时在无冲突哈希表和多比特树中两级查找。实验表明,该查找算法的平均查找路径数为1.0~1.7,适用于高速的IPv6路由查找。     

基于快速搜索树的路由查表算法*

根据路由表中前缀的分布特点,将路由集合分割成几个子集,然后分别针对每个子集建立搜索树来实现路由查表。借助哈希压缩索引表使搜索树的深度降低到3,加快了搜索树的查找速度。而Bloom Filters的应用,使几乎平均一次搜索树的查找就可以完成一次路由查表。该算法可以满足OC768链路的处理速度要求,支持达106数量级的路由表项,适于硬件流水线方式实现,具有很高的实用价值。这种方法用到IPv6同样可以收到很好的效果。     

高速路由器中基于树型结构路由查找算法的研究与实现

本文在比较各种基于树型结构查找算法的基础上提出了一种改进的路由查找算法，该算法具有查找速度快、所需存储空间小、更新速度快、硬件实现简单等特点，能够满足10Gbps核心路由器环境的要求。     

一种基于CAVLC解码的快速码表查找算法

在分析和研究基于上下文的自适应可变长度编码(CAVLC)码表结构特点的基础上,结合码表统计规律,提出一种新的CAVLC解码码表查找算法。根据码字前缀0的个数和码字长度之间的关系共同决定输入码字后缀位数和数值,实现对输入码流的快速确定,对确定的输入码字,只需再查一次表便可以得到其对应的解码输出。测试结果表明,该优化算法在解码查表速度方面比原算法提高约20%。     

WSN中改进的IPv6路由查找算法

针对无线传感器网络(WSN)中的全局单播地址,提出一种IPv6快速路由查找机制。利用布鲁姆过滤器作为存储结构,以合适的存储方法降低错误率,采用最长前缀匹配算法合理分配前缀,以减少静态随机存取存储器的数量,降低成本。实验结果表明,利用该算法可以减少每一次查找的散列探头,从而提高路由表的查找速度,改善WSN的性能。     

IP路由缓存技术研究

针对目前用于IP路由查找的地址缓存技术和前缀缓存技术的局限性,分析了骨干网路由表前缀重叠特征,提出了一种基于阈值的IP路由缓存方法,该方法结合了地址缓存和前缀缓存技术,无需进行前缀扩展,克服了地址缓存技术缓存空间要求过大、前缀缓存技术无法缓存内部前缀节点的问题,在缓存空间、缓存命中率、缓存公平性以及路由增量更新方面具有优势;仿真实验表明对于路由条目超过260000的路由表,缓存空间大小为30000,选择阈值K=4时97%以上的节点可实现1:1缓存,其余节点采用地址缓存,缓存失效率小于0.02,可以用小的缓存空间实现高速线速转发.     

一种无回溯的最长前缀匹配搜索算法

研究网络处理器中的搜索算法,提出一种基于Patricia树的无回溯搜索算法,并进行仿真和评估分析。该算法被用于中科院计算所的网络处理器的搜索引擎的设计中,该搜索引擎可以运行在155.9 MHz的XC2VP30 FPGA上,占用421个LUT,当频率为100 MHz时,每秒可以执行约7 000 000次搜索操作,实现了资源消耗和性能的折中。