[发明专利]一种基于TCAM的路由查找系统及其方法

说明书

本发明涉及高速IP查找技术领城，一种基于TCAM的路由查找系统及其方法，系统包括容量为N个条目的TCAM模块1、容量为M个条目的TCAM模块2、具有N个输入端的编码器，具有M个输入端的优先级编码器，两输入选择器和两输入或门，本发明提供的基于TCAM的路由查找及更新方法，具有以下优点：(1)处于第一层和第二层的前缀由于不存在重叠和包含的关系，因此可以在其相应的区间内无序随机放置；(2)降低了在更新时的TCAM表的移动次数；(3)由于减小了移动前缀的次数，在一定程度上降低了TCAM的功耗；(4)由于在第一部分TCAM中，仅使用了编码器，提高了搜索的速度。

技术领域

本发明涉及一种基于TCAM的路由查找系统及其方法，属于高速IP查找技术领城。

背景技术

近年来，Internet用户激增，导致路由表的激增，这导致了传统的IPv4的A类，B类，C类地址资源的枯竭。一种过渡的办法就是利用无域间路由(CIDR Classless Inter-Domain Routing)。通过采用可变长度的网络ID，代替了固定的8、16、24位固定的网络ID，从而使IP地址利用率提升。但同时对于路由查找算法，也大大增加了复杂度。

路由表在20多年间从几千条增加到60多万条。一些经典的算法可能在路由表增长的过程中，会由于搜索时间更长，或者占用更多的存储空间而不适用，因此，如何处理因为路由表的激增而带来的路由查找的问题变得更加迫在眉睫。

TCAM(Ternary Content-Addressable Memory)，三值按内容可寻址存储器，是一种具有搜索功能的随机存储器。TCAM单元在搜索时会有三种状态，即0、1、X(不关心)，也就是允许通配符存在。TCAM不同于软件搜索的特点是，在一个时钟周期内，就可以得出搜索结果，在速度上有着无可比拟的优势。正是由于TCAM的高速以及支持通配符的特性，TCAM在高速的数据库，数据压缩，路由查找，模式识别以及人工智能方面有着出色的表现。

而对于TCAM这种从速度上来说，其他软件算法无法比拟的硬件搜索引擎来说，仍然面临挑战。TCAM的功耗能够达到十几瓦到几十瓦，如此高的功耗对于器件的散热造成巨大的挑战，如何减小TCAM功耗成为一个急切而又热门的话题。同时，TCAM的复杂的更新，以及更新延时造成性能的下降。

在PLO_OPT【D.Shah and P.Gupta,”Fast Updates on Ternary-CAMs forParcket Lookups and Classification,”IEEE Micro,vol.21,no.1,Jan./Fab.2001】方案中，所有的未使用的TCAM entry被放置在TCAM芯片的中间。假设IP地址的长度为L(对于IPv4来说L等于32)，前缀长度大于1/2L的前缀放置在未使用的TCAM块的上方(低地址)；前缀长度小于等于1/2L的前缀放置在未使用的TCAM块下方。利用这种方案，在删除或者添加一个前缀时，在最坏情况下，挪动前缀需要1/2L次。也就是说，PLO_OPT方案的时间复杂度是O(L/2)对于IPv4来说，需要移动16次才能够更新一个前缀，平均的移动次数较多，降低了TCAM搜索的性能，PLO_OPT示意图如图1中的(a)所示。