采用集合切分编码的大容量模式匹配算法*

针对现有模式匹配算法无法实现大容量模式集快速搜索的不足,提出了一种基于TCAM多字节状态机的模式匹配算法。利用TCAM的掩码特性,切分具有相同匹配字符串的状态集,提出了一种编号编码压缩机制。通过理论证明,集合切分编码利用状态机的已匹配信息,将编号存储改变为编号段存储,大幅压缩了具有相同转移字符串和目的状态的交叉转移路径,减少TCAM表项数目。经理论分析和实验仿真,该算法不仅具有高搜索速率,而且可以减少大量相似表项,降低TCAM存储资源消耗,从而支持大容量的模式集。     

基于三态位分割的低功耗TCAM报文分类算法

针对传统基于TCAM的报文分类算法存在功耗较大的问题, 提出了一种基于三态位分割的低功耗TCAM报文分类算法——TSP-PR(tri-state-based partition for power reduction)。利用TCAM支持三态位的特点, 设计标志位选取函数动态选取标志位划分规则集, 报文查找时只选取与待匹配报文相关的子集参与比较, 减少了参与匹配的表项数目, 从而达到了降低功耗的目的。实验表明, 相对于传统基于TCAM的报文分类算法, TSP-PR算法在付出较小存储代价的情况下功耗减少了60%以上。     

一种TCAM策略路由融合表项维护管理算法*

基于单次TCAM匹配完成策略路由查找的功能需求,针对尽量缩短TCAM离线更新时间的约束条件,设计了一种高效的TCAM表项融合及维护管理方案及算法,确保了系统功能的实现。测试表明应用效果较好。     

TCAM路由更新的硬件优化

现代核心路由器对查找速率、表项更新速度、查找表容量等提出越来越高的要求。目前工业厂商大多采用基于TCAM(三态内容关联存储器)的解决方案。TCAM最大特点是查找速度快,但其更新算法会浪费很大的存储空间。针对这个问题该文提出一种利用FPGA提供硬件支持的路由更新方法,增加新表项时,只需对新增表项进行一次预处理,转发表无需按前缀长度排序,消除了预留空闲表项造成的存储空间浪费。     

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。     

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.     

基于TCAM的高效浮动关键词匹配算法

针对传统浮动关键词匹配算法功耗高和速率低的问题,提出一种基于三态内容寻址寄存器(TCAM)的高效匹配算法。该算法应用关键词分类数据结构,将关键词存储在不同的TCAM模块中,并只将疑似关键词送入TCAM中查找匹配,从而减少每次访问TCAM查找的表项数目,提高一个查询周期内待匹配报文的移动速度。仿真结果表明,与传统算法相比,该算法功耗较低、匹配速度较快。     

基于硬件的定长移位高速浮动关键词匹配算法

针对浮动关键词匹配问题,提出了一种基于TCAM的定长移位匹配算法.该算法通过对移动步长的灵活控制有效降低了存储器的访问频率,提高了系统速率.通过分析空间复杂度,该算法与其它移位加速算法相比,在一定的范围之内对TCAM容量的需求也具有明显的优势.算法性能分析和仿真表明,该算法不仅可以实现任意长度模式的线速搜索,还可以使系统所能支持的模式集规模达到几万条.     

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。     

基于HASH-TCAM算法的高速模式匹配研究*

针对基于硬件的模式匹配算法处理长模式串时吞吐率不高的问题,提出了基于将哈希压缩与TCAM查表相结合的算法——HASH-TCAM算法。通过哈希算法将待匹配的关键字预处理,减少其长度,解决了40 Gbps线速下的长模式串匹配问题,并通过40 Gbps测试仪验证了该算法的可行性。分析表明,该算法在查询的固定关键字长度为72 Byte,模式集数目为5000,哈希压缩后地址的编码宽度为46 bit时,模式识别模块以牺牲冲突的代价实现了51.2 Gbps的吞吐率,可以满足40 Gbps链路中DPI算法的逐包线速的需求     

基于函数分类和布隆过滤器的布尔匹配方法

在现场可编程门阵列的自动化综合流程中,布尔匹配是核心子问题之一。基于布隆过滤器的布尔匹配方法需要消耗大量存储空间并牺牲部分可实现函数的覆盖率。针对该问题,提出一种布尔匹配方法,给出布尔函数的规则表达形式,对布尔函数进行分类,并在布尔匹配的过程中进行动态学习。实验结果表明,通过对函数分类可以使布尔匹配库所需的存储空间降低96%,而动态学习策略可以使电路在逻辑再综合算法应用中额外节省13%的LUT数目。     

Power efficient packet classification using cascaded bloom filter and off-the-shelf ternary CAM for WDM networks

In wavelength division multiplexing (WDM) networks, tens or hundreds of wavelengths can be transmitted over a single fiber. As transmission line speed goes to 10 Gb/s and beyond, ternary CAM (TCAM) is usually employed for wire speed packet classification. To the best of authors’ knowledge, this is the first paper that addresses the impact of WDM transmission on the power consumption of packet classification. We show that as the number of wavelengths increases in the WDM networks, the power consumption of TCAMs can become the limiting factor for WDM network expansion. For example, the power consumption of IPv4 and IPv6 packet classification with merely 32 channels at 40 Gb/s can be as high as 700 and 1400 W, respectively, while technology wise it is feasible to transmit over 500 channels over a single fiber. Existing power efficient TCAM designs require special modification to TCAM cell structures, which makes the adoption of the technology difficult. This paper proposes a novel approach which cascades bloom filter with off-the-shelf TCAM to greatly reduce the power consumption of packet classification. In particular, the proposed solution takes advantage of the fact that bloom filters may give false positive alarms but never give false negative alarms. By eliminating majority of non-matching packets before passing the packets to the TCAM, the TCAM is only activated to exam packets with a high potential of matching in the filter set. The proposed scheme greatly reduces the activation frequency of the TCAM, thus achieving great power savings.     

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。     

TCAM中规则的优化表示

在高速分组分类中,基于TCAM的硬件实现方法是一种重要的解决方案.但TCAM存储空间价格昂贵,并且要求区间匹配转换成前缀匹配,大区间报文匹配的直接转化通常会引起规则空间的膨胀.本文提出一种规则的优化表示方案,提高了区间规则表示的效率,使区间匹配转化的最坏情况由2w-2减少到w,有效节省了空间.     

一种基于双重状态编码的多模式匹配算法

基于自动机的多模式匹配算法是网络内容过滤与业务监管的核心技术之一,但随着模式集合的扩大,对存储资源消耗过大。为降低当前匹配算法的空间复杂度,同时保持较低的时间复杂度,提出了一种基于关键字预处理和状态编码的优化方法。关键字预处理用于过滤冗杂内容,大大降低了处理复杂度;而采用状态编码消除了NFA中的大量failure转移,可有效降低其开销。理论分析和实验仿真表明,相对于传统的基于TCAM的匹配算法,该算法在大大减少内存需求的情况下,实现了模式的高效匹配。     

A space- and power-efficient multi-match packet classification technique combining TCAMs and SRAMs

Packet classification is implemented in modern network routers for providing differentiated services based on packet header information. Traditional packet classification only reports a single matched rule with the highest priority for an incoming packet and takes an action accordingly. With the emergence of new Internet applications such as network intrusion detection system, all matched rules need to be reported. This multi-match problem is more challenging and is attracting attentions in recent years. Because of the stringent time budget on classification, architectural solutions using ternary content addressable memory (TCAM) are the preferred choice for backbone network routers. However, despite its advantage on search speed, TCAM is much more expensive than SRAM, and is notorious for its extraordinarily high power consumption. These problems limit the application and scalability of TCAM-based solutions. This paper presents a tree-based multi-match packet classification technique combining the benefits of both TCAMs and SRAMs. The experiments show that the proposed solution achieves significantly more savings on both memory space and power consumption on packet matching compared to existing solutions.     

改进的QS模式匹配算法的性能分析

在详细分析QS匹配算法的基础上,提出了一种改进的算法I_QS算法。I_QS算法把模式串中每相邻两个字符构成一个字符串,由这些字符串组成字符串表并确定其位置,同时通过当前匹配窗口的后三个字符来确定下一次的右移量。为了分析I_QS算法的性能,从不同模式串数目角度,对I_QS算法进行匹配所需要的时间、所尝试的次数、所比较的字符个数三方面进行实验。实验结果表明,由于I_QS算法能够最大限度地向右移动,从而大大地减少移动次数和缩短匹配时间,有效地提高模式匹配速度。