[发明专利]一种路由前缀的处理、查找、增加及删除方法

说明书

技术领域

本发明属于网络通信技术领域，具体涉及一种路由前缀的处理、查找、增加及删除方法。 

背景技术

Internet发展迅速，核心路由器，带路由转发功能的网络设备的接口带宽都10G甚至40G以上，IPV4FIB的表项容量也在百万条的数量级，这要求路由表支持大容量，且查找速度非常快；路由表的增删操作也很频繁，最坏情况下每秒内部路由变化可以发生几百次，为适应路由表项较快的动态变化及保证查找正确性，这要求路由表的也要有不错的更新速度。 

路由查找，自启用CIDR（无分类域间路由）以来，其焦点就集中在最长前缀匹配的问题上。各种路由查找算法，就体现为最长前缀匹配查找的数据结构和与之对应的查找算法。 

现有路由表实现方法主要有：a）散列表；b）Radix Trie；c）路径压缩Trie树；d）多分支Trie树；e）TCAM；f）各种FPGA算法(如gupta算法）。其中a）与b）对IPV4，查找次数为1-32次，平均为16次，不满足快速路由查找的要求；c）适当的降低了Trie树高度，存储器访问次数减少，查找速度略优于a）和b）；d）通过选择适当的步宽更大的降低Trie树高度，是软件实现路由的较好方法，在实现上又各有差异，有基于索引分离的Tries树结构，基于散列索引的多分支Trie树，和在多分枝Trie树中使用特殊处理的方法等，实际上这些特殊处理的Trie树算法速度并不是最快，且多没有实现快速更新的方法；e)和f)的优点是结构简单，查找速度快；缺点是造价贵，支持路由条目有限，不要支持快速更新，并且有些硬件算法会导致存储器使用效率不高。 

多分支Trie树是路由查找中使用最广泛的方法。这里对其简要介绍。Trie是一种树形数据结构，它利用保存了公共前缀来节约空间；它查找速度快，查找速度与关键字长度、Trie树深度有关，与前缀数目无关；它更新速 度也较快，因为更新的主要花销是查找和修改受影响的Trie树节点。（1）基本的Trie树是二进制Trie树(Binary Trie)，存储器平均访问次数多，故查找和更新速度不高。如对ipv4，需访问存储器1-32次。（2）为减少存储器访问速度，必须降低树的深度，路径压缩Trie树是其中一种方法。该方法保留了二进制Trie树的特征，但是删除那些不含转发信息的单分支中间结点或符合满二叉树规律的子树根结点，从而把一些较低层次的结点提升到较高的层次上来，使树的深度降低。因此,每个节点都需要维护一个变量来指示下一步需要检查的比特位；前缀节点需要保存地址前缀的比特串。这种方法增加算法的复查找杂性，另外，前缀分配不是稀疏时，对提高查找速度贡献也有限。（3）另一种方法就是多分支Trie树。多分支Trie树采用了适当的步宽和前缀扩展技术；查找的每一步检查地址中的多个比特；步宽为K，则每个节点最大分支树2^K；每一步的步宽可以相同，也可以不同；对步宽K，其值越大，查找速度越快，内存耗费也越大，如IPV4，K为1则退化为二进制Trie树，内存消耗最省，K为32，则仅需1次查找，内存耗费为4G，因此多叉Trie树结构需要选择适当的步宽，在速度和内存消耗之间做出折中。另外，多叉Trie树查找过程中的每一步需要检查多个比特，因此不能支持任意长度的地址前缀，需要使用前缀扩展技术，即将IP前缀长度不是步宽K的整数倍的IP前缀，扩展为K的整数倍。这会把一个路由前缀复制到多个存储表项中，造成存储空间利用率下降，同时需要引入其他辅助策略解决。目前，采用Trie方式实现路由表/最长前缀表查找方面的相关专利如下：国家知识产权局公开的公开号为CN 1414745A，名称为一种基于IP地址实现快速路由查找的方法。该方法采用64K表和扩展表(扩展表其实是Trie树，可对应为本发明后续提到的16-4-4-4-4Trie树)，该方法实现了路由的快速查找，但是未提到如何快速更新的问题。公开号为CN101141389A，名称为增强多位TRI E树查找方法和装置。该方法利用Trie，改进了扩展位图和上下级树节点之间的关系，结合FPGA和DDRII实现了高容量、线速查找的路由表解决方法。路由更新由其他子系统完成，未详细说明。公开号为CN 101577662A，名称为一种基于树形数据结构的最长前缀匹配方法和装置。该方法采用前缀扩展位图加上前缀指示图结合压缩多比特Trie树来实 现。公开号为CN 1787477A IPV6，名称为路由表的查找方法，该方法在实现过程中，主要部分采用HASH索引和并行查找，而在局部使用了多分支Trie树查找，路由表的更新由其他部分处理，未详细说明。 

发明内容