基于分组TCAM的T比特高性能路由器快速查找更新技术

针对传统TCAM查找更新方法复杂度高、无法满足高性能路由器线速查找转发需求的问题,提出一种基于分组TCAM的路由查找更新技术.介绍T比特高性能路由器的系统架构,提出基于分组TCAM的路由查找更新架构,以及基于统计预测的预留表项空间算法,进行路由查找更新算法的设计.搭建测试验证环境,采用MAE-WEST和MAE-EAST路由表项数据,进行线速查找转发处理性能的分析测试.     

低功耗与非型TCAM的原理介绍与时序研究

基于TCAM(三元内容寻址存储器)的硬件路由查找支持最长前缀匹配,可保存任意长度的关键字表项,实现快速路由查找和分组转发.如何降低功耗和协调各组分间大量的时序关系成为TCAM发展的瓶颈.介绍了"与非"型TCAM的工作原理和组成电路,并提出"哑单元行"的新思想模拟实际充放电时间,从而解决时序控制问题.     

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．     

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。     

基于TCAM的二级转发表管理方案

目前高性能路由器的查找方案采用基于三重内容可寻址存储器(TCAM)的硬件查找。路由查找的最长前缀匹配要求使得TCAM的表项更新复杂。该文针对当前转发表管理方案在带突发情况下的不足,提出一种基于TCAM二级转发表管理方案,并对该方案进行了计算机仿真研究,仿真结果表明该方案在突发的情况下仍能保证转发系统稳定工作。     

TCAM路由表项管理算法优化研究

TCAM(Ternary Content-Addressable Memory)能够很好的完成最长前缀匹配,实现快速路由查找和分组转发,但是其对路由表项的有序性要求使得表项管理比较复杂.在讨论已有TCAM表项管理算法的基础上,通过分析前缀表项的统计分布特性,对路由表的空间分配进行了优化,同时引入新的基于前缀块指针管理策略,提出了一种改进的表项管理方法,提高了路由表更新效率.     

快速更新IPv4/IPv6双栈路由查找算法与实现

IPv4/IPv6双栈核心路由器需要一体化高效路由查找．但常用的单步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，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．提出并实现了一种独特的对前缀范围对分搜索的IPv4／IPv6双栈一体化多步TCAM流水查找方法．突出特点是转发表不需排序、查找速率高、表项更新快、查表连续性好．可满足IPv4／IPv6双协议栈核心路由器OC-768（40Gbps）端口、48B包的线速转发．     

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...     

基于TCAM的并行路由查找方案综述

基于三态内容寻址存储器TCAM(Ternary Content-Addressable Memory)的路由查找方案是目前高性能路由器进行路由查找时普遍使用的方案,但这种方案仍存在查找速度、功耗和更新效率方面的挑战。因此,学者们提出了各种并行TCAM的解决方案以提高查找速度、降低功耗和增强更新效率。归类总结目前的并行TCAM路由查找方案,剖析它们的优缺点,指出目前这些方案仍存在的不足,并探索相应的解决方案。     

ISCP-TCAM :一种低功耗高速路由查找引擎结构

提出一种高速、低功耗路由查找引擎结构ISCP TCAM(ImprovedStage ControlPipeline TernaryContentAddressableMemory),这种结构不但具有传统内容可寻址寄存器(TCAM)管理简单、 更新容易、查找快速等优点,而且功耗要比同等容量的TCAM小得多。同时为进一步评估其性能利 用ALTERA公司的逻辑可编程门阵列(FPGA)实现了这一结构。该结构在低功耗高速路由查找引擎 的设计中是一个较好的选择。     

Fast updating algorithms for TCAM

One popular hardware device for performing fast routing lookups and packet classification is a ternary content-addressable memory (TCAM). This paper proposes two algorithms to manage the TCAM such that incremental update times remain small in the worst case     

IP Routing table compaction and sampling schemes to enhance TCAM cache performance

Routing table lookup is an important operation in packet forwarding. This operation has a significant influence on the overall performance of the network processors. Routing tables are usually stored in main memory which has a large access time. Consequently, small fast cache memories are used to improve access time. In this paper, we propose a novel routing table compaction scheme to reduce the number of entries in the routing table. The proposed scheme has three versions. This scheme takes advantage of ternary content addressable memory (TCAM) features. Two or more routing entries are compacted into one using don’t care elements in TCAM. A small compacted routing table helps to increase cache hit rate; this in turn provides fast address lookups. We have evaluated this compaction scheme through extensive simulations involving IPv4 and IPv6 routing tables and routing traces. The original routing tables have been compacted over 60% of their original sizes. The average cache hit rate has improved by up to 15% over the original tables. We have also analyzed port errors caused by caching, and developed a new sampling technique to alleviate this problem. The simulations show that sampling is an effective scheme in port error-control without degrading cache performance.     

Leaf-TCAM:一种并行IP路由查找方法及性能分析

分析了互联网路由表和路由更新的特征,提出了一种基于叶子节点进行路由表分区的并行IP路由查找方法Leaf-TCAM,分区子表按照流量特征在K个TCAM芯片中进行均衡分布。分析表明,该路由查找方法在引入0.1*(K-1)冗余的前提下具有K-1倍加速因子。该方法无需进行前缀扩展,90%以上的路由前缀无需排序,可以采用随机更新;同时还具有分区均匀、分区溢出代价小等特点,而功耗只有传统单片方案的12%。     

基于Trie树分割路由表降低TCAM功耗的方法

TCAM已成为在路由器设计中实现路由查找的硬件方案,具有速度快、实现简单的优点,但其功耗较高.该文提出了一种基于trie树的结构进行路由表分割、降低TCAM功耗的方法,同传统的TCAM相比,前缀数量达到200时降低大约80%的功耗,前缀数量越多,相对降低的比例越大.     

基于Trie树分割路由袁降低TCAM功耗的方法

TCAM已成为在路由器设计中实现路由查找的硬件方案，具有速度快、实现简单的优点，但其功耗较高。该文提出了一种基于trie树的结构进行路由表分割、降低TCAM功耗的方法，同传统的TCAM相比，前缀数量达到200时降低大约80％的功耗，前缀数量越多，相对降低的比例越大。     

基于TCAM的快速更新算法

目前用于实现绕道数据包处理的硬件设备主要是TCAM。对于如何保持TCAM列表的排序这个问题，通常的解决方案提高了平均性能，但是浪费了TCAM空间。论述了一种改进的算法来管理TCAM使得其在最差情况下递增式更新时间保持较小，通过分析使其也能够用于解决数据包分类问题。     

Power-efficient TCAMs for bursty access patterns

Ternary content addressable memories (TCAM) have become a popular hardware device for fast routing-table lookups. However, the high power consumption in TCAM increases power supply and cooling costs, and limits the router design to fewer ports. Based on an analysis of the prefix hierarchy in routing tables, the authors propose an optimization model to reduce the power consumption for bursty access patterns. This model can reduce the average power consumption by a factor of 11.     

兼容IPv4和IPv6的高速路由设计

提出一种兼容IPv4和IPv6报文高速路由查找方案，方案基于TCAM技术，同时对TCAM路由表更新算法进行比较，最后采用松散前缀顺序约束算法实现TCAM路由表的更新，并在网络处理器原型设计中得到应用。方案可以满足10Gbps速率IP报文线速转发的要求。