基于TCAM的高效路由方案研究與實(shí)現(xiàn).pdf

1、進(jìn)入21世紀(jì)，互聯(lián)網(wǎng)飛速發(fā)展，互聯(lián)網(wǎng)用戶劇增，用戶對(duì)于網(wǎng)絡(luò)的需求，對(duì)于網(wǎng)絡(luò)速度的要求也越來越高，研究者以及各大運(yùn)營(yíng)商也致力于提高網(wǎng)絡(luò)速度，優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，以達(dá)到用戶的需求。路由轉(zhuǎn)發(fā)的速度影響著整個(gè)的網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量以及用戶體驗(yàn)。研究人員對(duì)于優(yōu)化路由算法，提高轉(zhuǎn)發(fā)速度做出了許多的工作。近年來，TCAM（Ternary Content-Addressable Memory），即三值按內(nèi)容可尋址存儲(chǔ)器成為在高性能路由器中使用的重要的器件。其在路由查找，

2、報(bào)文處理，QoS，數(shù)據(jù)壓縮，人工智能等方面有著重要的應(yīng)用。并且相對(duì)于軟件算法來說，TCAM在速度上有著無可比擬的優(yōu)勢(shì)。但 TCAM同樣有其劣勢(shì)：價(jià)格昂貴，功耗高，路由表管理復(fù)雜、效率低下。
　　本文對(duì)基于TCAM的高效路由查找方案進(jìn)行研究，提出了一種混合式的基于TCAM的路由查找方案。具體地，本文首先對(duì)來自不同地區(qū)的核心路由表進(jìn)行研究，根據(jù)是否含有子節(jié)點(diǎn)，子節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)，以及長(zhǎng)度，將前綴存放在兩個(gè)獨(dú)立的TCAM核模塊中，使大部分前綴可

3、以隨機(jī)存放，很大程度上減小了前綴在TCAM中存放的復(fù)雜度。這種存放方式在更新時(shí)減少了前綴不必要的移動(dòng)，有利于 TCAM前綴的更新，能夠有效的提高 TCAM前綴更新時(shí)的效率，從而降低了功耗。同時(shí)，所提出的路由查找方案在第一部分不使用MMR（Multi-Match Resolver），減小了硬件的開銷，并且提高了搜索的速度。TCAM核的控制需要控制器來支持，本文實(shí)現(xiàn)了一種流水線的TCAM控制器，它縮短了兩個(gè)搜索之間需要等待的時(shí)間，提高了吞吐

4、量。同時(shí)，本文搭建了UVM平臺(tái)對(duì)控制器進(jìn)行了驗(yàn)證。最后，本文利用SMIC130nm工藝對(duì)該控制器進(jìn)行了綜合。綜合結(jié)果表明，該控制器的工作速度能夠達(dá)到300MHz。在理論上，進(jìn)行前綴插入時(shí)，最壞移動(dòng)次數(shù)為5次；進(jìn)行前綴刪除時(shí)，最壞移動(dòng)次數(shù)為兩次。在經(jīng)過大數(shù)據(jù)量，不同路由表的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，使用本文提出的方案，更新前綴插入時(shí)，95%的前綴的移動(dòng)次數(shù)不超過2次。在前綴刪除時(shí)，前綴移動(dòng)次數(shù)最多為1次（最壞情況為2次，但實(shí)際并未出現(xiàn)）。同時(shí)對(duì)于不同