基于RAM和TCAM存储结构的高速路由查找算法

由于因特网速度的不断提高,网络流量的不断增加和路由表规模的不断扩大,IP路由查找已经成为制约核心路由器性能的主要瓶颈。文章分析了两种常用的基于硬件存储器的路由查找算法,并结合它们各自优点,提出了一种基于RAM和TCAM存储结构的路由查找算法,该算法克服了上述两种算法的不足,具有查找速率高、更新时间快、存储代价低、易于实现等特点,是一种理想的适合于高速核心路由器环境的查找机制。     

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。     

快速路由查找算法研究

随着互联网络光链路速率不断提高，路由查找已成为路由器报文转发的瓶颈。主要介绍近年来提出的各种路由查找方法，并对各种方法的性能及对IPv6适应性进行了分析比较。     

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TCAM技术的高速路由查找方案

基于TCAM技术提出一个高速路由查找方案。该方案可以达到每秒钟100M次的查找速度，满足OC48和OC192接口的线速转发要求。方案使用了索引表和映射表的二级结构存储路由的下一跳信息，大大减小了存储空间，同时对IPv6具有很好的扩展性。对TCAM的路由更新问题进行了讨论，提出一个最坏情况下O(W／2)的更新算法(形为前缀长度集合的数目)，有效地提高了TCAM的更新性能。     

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。     

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。     

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TCAM的二级路由查找

功率消耗大是三态内容寻址存储器(TCAM)的主要缺点之一。根据TCAM的可配置特性,提出了基于TCAM的二级路由查找,大大降低了TCAM的功耗。给出了基于比特选择的二级路由查找方案并对其进行了性能分析。最后介绍了二级路由查找下的路由更新算法。     

基于网络处理器的高速包分类机制设计

三元按内容寻址寄存器(TCAM)是内容寻址存储器(CAM)的一种变形,较CAM而言可以使查找更加灵活,对其工作（如包处理）效率的提高也起着极大的优化作用。文章从TCAM的原理及结构特点出发,阐述了其适用于提高NP性能的原因,通过一个设计实例说明了采用TCAM协处理器在网络处理器中加速包处理过程的方法和技术。     

一个快速的二维数据包分类算法

随着因特网的发展,主干路由器上的包输入成为网络性能的瓶颈。该文基于空间分解技术提出了一个数据包分类算法,它将数据包和过滤器的匹配用多维空间中的点的定位来实现,可用于快速的路由查找和数据包分类。     

一种用于大规模规则库的快速包分类算法

网络应用的发展,要求路由器必须有能力支持防火墙、入侵检测、提供QoS、流量计费等一系列功能,这些功能都要求路由器对IP包进行分类来完成对数据包的不同处理。目前的包分类算法不适用于火规模的规则数据库。该文在现有的一种基于位串的包分类算法上做了两个改进,位串的聚合和过滤规则的重排列。从而生成了一种新的包分类机制-AVA（Aggregated Bit Vector).通过评测可看出这种新的算法可以很好地应用在大规模规则数据库上,性能比原先有很大提升。     

一种支持实时增量更新的并行包分类算法

UTM(unified threat management)技术的提出和应用要求多维包分类算法能够支持实时的增量更新.但由于以往的研究都侧重于加快算法的查找速度,这一需求已经成了目前包分类算法在实际应用中的一个瓶颈.提出一种二维trie树结构来组织分类规则,并给出了相应的查找及更新算法.利用trie结构的特性将各种长度的前缀组合进行分组,并依此将整个规则集分成多个子集.查找时将每一次查找过程分解成若干个可以独立运行的子任务,每个子任务处理一个子集.两级混合trie结构保持了规则之间的独立性,因此可以快速地对单条规则进行增量删除或添加.实验结果表明,本算法在保持高速查找的基础上,将单条规则的增量更新操作速度提高到了和单次查找操作同样的量级,同时并行查找使得算法对规则类型和规模的敏感度大大降低,具有较好的可扩展性.     

新一代线速网络关键问题的研究

随着因特网的高速发展,因特网主干需要具备多业务能力的G位、甚至T位路由器。这就使得数据包输入处理成为主干路由器的瓶颈。本文分析了这一问题传统的纯软件算法解决方案,指出了其存在的历史局限性：传统的算法只适用于具有大内存和比较强的处理能力的计算机;进而本文提出了应着眼于设计新的硬件体系结构来解决这一问题,最后本文总结提出了三种非软件的解决方法和思路：发展新的CAM和TCAM设计工艺、基于人工神经网络的解决方法、基于协处理器的解决方法。     

基于移位加速和TCAM的高速多模式匹配算法

在研究流行的多模式匹配实现方案的基础上,利用TCAM实现高速、并行查找,提出一个基于TCAM的多模式匹配改进算法。该算法通过对模式的移位加速和移动步长的灵活控制,使平均移动步长得到很大提高。实验表明,在TCAM位宽为8 Byte的情况下,该算法使平均移动步长由1 Byte增加到5 Byte,匹配速率也由2 Gb/s增加到10 Gb/s。     

双TCAM高性能IPv4路由查找算法与实现

传统二分算法完成一次IPv4最长前缀匹配需5步搜索,且因存在回溯问题难以硬件实现,而单步TCAM路由查找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,影响表项的更新速度和路由查找流程的连续性。该文提出并以TCAM流水线硬件实现了一种独特对扩展前缀范围的四分搜索算法。仅用2步搜索完成一次IPv4路由查找、转发表不需排序、查找速率高、表项更新快、查表连续性好。满足IPv4核心路由器的双OC-768(40Gbps)端口、48B包的线速转发。