路由查找算法研究综述

随着Internet的迅猛发展,用于主干网络互联的核心路由器的接口速率已经达到了2.5Gbps～10Gbps.这一速率要求核心路由器每秒能够转发几百万乃至上千万个以上的分组.分组转发的重要一步就是查找路由表,因此快速的路由查找算法是实现高速分组转发的关键.路由查找需要实现最长前缀匹配.近年来,研究人员提出了多种路由查找算法,以提高查找性能.分析了路由查找问题及其难点,全面综述了各种查找算法,并对它们进行了详细的分析和比较,最后指出了进一步的研究方向.     

聚合组播路由并行查找算法

目前,组播主干网的核心路由器速率已经达到2.5Gbps～10Gbps,这一速率要求核心路由器每秒能够转发几百万乃至上千万个以上的分组.分组转发的重要一步就是查找路由表,因此快速的路由查找算法是实现高速分组转发的关键.为获取高性能组播路由查找算法,利用位图压缩技术,结合组播路由转发表的特点,设计出一种聚合组播路由并行查找算法,最后在IXP2800网络处理器模拟环境下对算法性能进行测试,达到了OC-192的线速转发性能.该算法适用于各种多线程结构处理器,具有较高的参考价值.     

一种基于哈希表和Trie树的快速内容路由查找算法

内容分发网络CDN(Content Delivery Network)是一个建立并覆盖在互联网之上的一层特殊网络,专门用于通过互联网高效传递丰富的多媒体内容.与传统的网络一样,要求核心路由器每秒能转发几百万个以上的分组,而实现高速分组转发的关键是路由表的组织和快速的路由查找算法.首先概述了内容路由网络的背景,罗列出了几种常见的路由查找算法,并在此基础上,引入基于Hash和Trie树的路由查找算法,最后在试验的基础上对平均查找时间、平均查找次数以及最大匹配次数进行了比较分析,试验结论显示该算法缩短了查找时间,提高了系统性能.     

一种基于哈希表和Trie树的快速IP路由查找算法

Internet的飞速发展要求核心路由器每秒能转发几百万个以上的分组,实现高速分组转发的关键是路由表的组织和快速的路由查找算法。论文提出了一种基于8比特的前向查找表(LFT)和7比特的简单二进制回退查找Trie树(HBT)的IP路由查找算法。算法综合考虑了IP地址的分布特点,兼顾了查找速度、存储空间利用、硬件实现,以及向IPv6过渡等几个因素。具有算法简单、查找速度较快、存储空间利用率较高、易于扩展和便于硬件实现等特点。     

众核网络处理器下高速包转发系统设计与实现

互联网的快速发展要求网络设备能够支持每秒几百万以上分组的转发能力,实现这一功能的关键是路由表的组织结构、快速的路由查找算法和高性能的硬件平台支持。设计并实现基于众核网络处理器的高速IP包转发系统,使用Tile-Gx36众核网络处理器作为硬件平台,采用基于Hash的前缀长度和多分支Trie树的路由查找算法,借鉴基于Hash的前缀长度路由表查找算法在存储和检索上的优势,并结合基于多分支Trie树路由表查找算法的查询效率,将路由表存储于L2层缓存中,进一步提高了路由表的访问速度和查询命中率。实验结果表明,对于不同大小负载的数据包系统均能满足40 Gbps的转发速度。     

最长前缀匹配查找的索引分离trie树结构及其算法

Internet的飞速发展要求核心路由器每秒能转发几百万个以上的分组,实现高速分组转发的关键是路由表的组织和快速的路由查找算法。索引分离trie树结构建立了具有k比特的一级索引,m比特的二级索引和步宽为s、最大深度为m/s的多分支trie树结构。在这种数据结构中进行最长前缀匹配查找的算法复杂度为:O(m/s+2)。它具有算法简单、查找速度快、易于更新、便于向IPv6过渡等特点,是一种综合性能较好的快速最长前缀匹配查找算法。     

面向SD-DCN的OpenFlow分组转发能效联合优化模型

在软件定义网络(software-defined networking, SDN)中,OpenFlow交换机通常采用三态内容可寻址存储器(ternary content addressable memory, TCAM)存储流表,以支持快速通配查找.然而,TCAM采用并行查找方式,查找能耗高,因此有必要为OpenFlow交换机选择合适的TCAM容量,以平衡分组转发时延和能耗.针对软件定义数据中心网络(software-defined data center network, SD-DCN)这一典型应用场景,利用多优先级M/G/1排队模型刻画OpenFlow交换机的分组处理过程,进而建立OpenFlow分组转发时延模型.同时,基于网络流分布特性,建立TCAM流表命中率模型,以求解OpenFlow分组转发时延与TCAM容量的关系式.在此基础上,结合TCAM查找能耗,建立OpenFlow分组转发能效联合优化模型,并设计优化算法求解TCAM最优容量.实验结果表明：所提时延模型比现有模型更能准确刻画OpenFlow分组转发时延.同时,利用优化算法求解不同参数配置下的TCAM最优容量,为SD-DC...     

网格资源查找方法的分析与此较

在网格环境下，如何快速进行资源查找定位是影响网格性能和QoS的重要因素。本文分析了目前已有的两种用于网格资源发现的资源查找算法（集中式查找算法、分布式查找算法）的优劣，并参照网络路由器的路由转发策略，提出了改进的基于路由转发的资源查找算法。     

IPv4下路由查表及算法分析

查找路由表以给出下一跳地址是路由器中分组转发的核心步骤,因此快速的路由查表算法是实现高速分组转发的关键。该文分析了IPv4下路由查表问题及其难点,详细介绍了现有的各种查找算法并对它们进行了分析和比较,给出了在不同情况下应用适当查表算法的结论。     

Trie树路由查找算法在网络处理器中的实现

Trie树数据结构的实现方法灵活,所需存储器空间小,是实现高速路由查找和分组转发的理想选择。为满足10 Gb/s线速度网络处理器中微引擎的设计要求,提出一种基于最优平衡、多层存储的Trie树路由查找算法。建立一种平衡的压缩树结构,将该树中相邻的多层节点压缩到一个存储节点中。通过构造特定的数据存储结构来减小树的搜索深度,以空间换取时间,从而提高路由查找速度和分组转发效率。在网络处理器的查找微引擎设计中实现Trie路由查找算法,实验结果表明,单个微引擎的查找速度为4.4 Mb/s,能达到节省存储空间、提高查找效率的效果。     

路由查表算法及性能分析

由于Internet的流量迅速增长，一般的核心路由器都要能够达到每秒钟G比特的转发速率，快速的路由查表算法是实现高速分组转发的关键。文中分析了由于CIDR的产生导致路由查表算法变化的问题，详细介绍了各种查找算法并对各算法的查找速度、更新复杂度、内存消耗等进行了性能分析和比较，最后给出了查表算法适用于何种情况的结论。     

IP地址查找算法的分析

由于lnternet中通信量的迅速增加。千兆网已被越来越多地采用。为了处理千兆／s的通信速度,中心路由器必须能够每秒转发几百万个包。因而快速的IP地址查找。就成为获得所需的数据包转发率的关键。文章分析了几种高效的IP地址查找算法,并从查找速度、可量测性、更新速度方面。对它们的性能进行了比较。     

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。     

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。