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。     

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。     

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.     

采用分段哈希方法的IPv6路由查找算法研究

分析了现有IPv4路由表查找算法和IPv6地址的特性以及主干网路由表的前缀分布特点,借鉴LFT哈希表结构简单、查找快速的特点,提出了以32bits为查找路由前缀起点的分段哈希表和多分支Tile树相结合的IPv6路由查找算法.该算法结构简单、查找效率高、易于更新,多数情况下只需一次内存访问就可查找到路由信息,提高了IPv6主干网路由器转发速度,以满足下一代互联网IPv6发展的需求.     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

一个多功能路由查找引擎的设计与实现

针对网络边缘和接入层设备需处理多种网络协议和价格敏感的特点,文中介绍了一种能支持精确匹配和最长前缀匹配的多功能查找引擎。此引擎以五级环行多功能流水线为核心,通过SRAM接口与主机交互,采用ZBTSRAM作为路由表存储器。文中着重介绍了引擎的硬件结构、软件系统和软硬件联合验证方法。性能评测表明,基于FPGA的实现主频可达到50MHz,性能可以满足1Gbps￣2Gbps的接入和边缘层设备要求。     

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。     

四-二分搜索高性能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的对前缀范围的四．二分搜索算法。仅用3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。满足了IPv4核心路由器的双OC-768(40Gbps)端口、48B包的线速转发。