大容量高带宽路由查找算法设计与FPGA实现

为了解决目前IP路由查表大容量和高吞吐需求的同时,实现低硬件资源成本,提出一种大容量高带宽IP路由查表算法,并完成FPGA实现。算法将FIB表项的存储映射为字典树的数据结构,进行路径压缩和级别压缩以节省存储资源。将字典树根节点信息存储在片内SRAM,子树节点存储于片外DRAM。查找时,在芯片硬件内采用流水线方式优化资源负载均衡,实现片外DRAM的一次访问即可得到结果,实现了单周期线速查表,并支持增量更新。该算法通过FPGA设计实现,并进行仿真和实机验证。结果表明,该方案可同时支持大容量IPv4和IPv6 FIB表项并行查找,与现有方案相比,做到了更大容量、更高带宽和更低成本。

一种分段式高速IP路由查找方法

本文提出了一种改进的分段式高速IP路由查表方法。若采用 50ns的动态存储器 ,该方法可以在小于 10 0ns内完成一次最长匹配路由查找并且具有快速的路由表项更新功能 ,对设计高速骨干路由器的线速查表引擎具有指导意义和实用价值。

一种前缀长度二分查找的改进算法

在研究路由表地址前缀分布特点的基础上,提出了前缀长度二分查找方案。该方案采用前缀扩展技术,将前缀数量相对稀少的若干种前缀合并成一种,降低了查找树的高度,减少了存储器访问次数,提高了查找速度,分析了一种实用的Marker存储算法,探讨了IPv6的路由查找问题。

一种基于并行Bloom Filter的高速URL查找算法

URL查找是众多网络系统中重要的组成部分,如URL过滤系统、Web缓存等.随着互联网的迅速发展,URL查找面临的主要挑战是实现大规模URL集合下的高速查找,同时保证低存储和低功耗.本文提出了一种基于并行Bloom Filter的URL查找算法,CaBF.该算法高度并行化,提供大规模URL集合下的高速最长前缀匹配,并很好地适应集合中不同数量的URL组件.理论分析和真实网络数据集上的实验表明,该算法相比现有算法可以降低假阳性概率达一个数量级(或者在满足相同假阳性概率的前提下降低存储和硬件逻辑资源消耗).此外,该方法的体系结构很容易映射到FPGA等硬件器件上,提供每秒超过150M次的URL查找速度.

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。

最长前缀匹配查找的索引分离trie树结构及其算法

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。索引分离trie树结构建立了具有k比特的一级索引,m比特的二级索引和步宽为s、最大深度为m/s的多分支trie树结构。在这种数据结构中进行最长前缀匹配查找的算法复杂度为:O(m/s+2)。它具有算法简单、查找速度快、易于更新、便于向IPv6过渡等特点,是一种综合性能较好的快速最长前缀匹配查找算法。

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。

基于Hash和二叉树的路由表查找算法

提出了一种基于Hash和二叉树的路由表查找算法,这一算法可以满足OC-768的转发要求,支持超过10万条前缀的大规模路由表,并且在路由表更新时,只有少量的存储器需要被改写.仿真结果显示,对于一个149 458条前缀的路由表,算法仅需要2 MB存储器,如果采用200 MHz的存储器芯片,平均的查找速度可以达到100 M次/秒.

哈希表和多比特Trie相结合的IPv6分阶段路由查找算法

IPv6具有128位的地址长度、无分类编址,这使得IPv6网络中的核心路由器路由查找处理负担更重、要求更高,已有的基于IPv4的路由查找算法扩展到IPv6后无法适应新的需求,需要建立新的基于IPv6的路由查找算法.在分析了IPv6地址前缀长度和分布特点的基础上,提出一种哈希表和多比特Trie(retrieval)相结合的IPv6路由查找算法.算法首先根据地址前缀值来进行分类,然后针对常用的地址前缀值,以48比特为路由查找起点,分阶段、高效的进行路由查找,对于非常用的地址前缀值采用直接哈希查找.算法仿真表明,在大多数情况下,只需要一次存储器访问,就能查找到下一跳路由信息,算法查找效率高.算法结构简单,易于硬件实现.

基于多分支优先级树的IP路由查找算法

针对现有路由表查找方法效率低的问题,提出了一种基于多分支优先级树的数据查找算法。该算法将优先级较高的前缀依次存储在原多分支树的虚节点上,将需要进行扩展的前缀存储在辅助存储结构中,从而在路由查找时,该方法可在内部节点找到最长前缀匹配而无需查找到叶子节点,同时避免了在路由表更新时对路由表的重建。仿真结果表明,提出的查找算法能够有效减少在对路由表查找、插入和删除操作所需的内存访问次数,并大幅度地提高路由查找及其更新速率。

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。

基于Bloom滤波器的快速路由查找方法

针对IP路由查找中的最长前缀匹配问题,提出了一种基于Bloom滤波器的快速路由查找方法。首先,通过建立首字节索引表,减少了需要并行查询的Bloom滤波器的数量。其次,基于IP地址前缀长度分布的不均匀性对Bloom滤波器组的设置进行了优化,降低了查询过程对Bloom滤波器总数的需求。最后,将基本Bloom滤波器位向量中的每一比特位与一个计数器相关联,实现了对路由更新的支持。理论分析表明,与现有方法相比,利用该方法进行路由查找可以实现更低的选路表平均探测次数,并在最坏情况下具有更低的平均探测次数上界。实验结果验证了该方法的有效性及相关理论分析的正确性。

一种新的IP路由表快速搜索技术

随着因特网的飞速发展以及128位地址的IPv6的出现,路由表变得日益庞大,这给IP目标地址的查找速度提出了更高的要求。另外最长前缀匹配技术的出现使过去传统哈希搜索技术不再适用。为此,论文针对现有IP查找技术的缺点和不足,提出了一种新的二叉搜索算法。文中还对新的路由表数据结构进行了详细描述,并给出了该算法的一种软件实现方案。这种算法具有良好的可扩展性,不需要对现有协议进行改动,在实践中证明其具有良好的报文转发性能。

基于哈希表与多比特树的路由查找算法

网络带宽的急剧增加对处于网络节点的路由器设备数据转发速度提出了更高的要求。为此，将哈希表和多比特树相结合，提出一种新的路由查找算法。根据路由前缀的长度将路由表项分层存储在固定的三层Tree中，采用哈希表存储路由下一跳的信息，根据目的IP地址在三层Tree结构中按最长前缀匹配的原则进行快速路由表项定位，并通过表项的信息在对应的哈希表中读取下一跳信息，进行数据转发。在多核平台上的测试结果表明，该算法在百万条路由环境下可达到双向10GB／s的速度，平均查找次数介于1～2次之间，平均延时小于30μs。

内容中心网络中名字查找技术的研究

内容中心网络作为一种新型的未来网络体系架构被提出，以满足当前互联网信息共享的需求。内容中心网络使用类似域名的层次化名字结构对内容进行标识、路由和查找。由于互联网中内容众多，使用名字前缀构建的路由表，比传统的IP路由表大2～5个数量级，且由于名字查找依旧遵循最长前缀匹配原则，使得实现高速名字查找是一个富有挑战性的难题。分析了名字查找的技术挑战、实施难点，介绍了主要技术方法以及当前在名字查找领域的主要研究成果。

基于二分法搜索hash表的快速IP路由查找算法

路由器设计中 ,IP地址的路由查找算法设计很重要 ,算法的性能将直接影响路由器的性能。本文对 Waldvogel等人提出的二分法查找 hash表算法进行了改进 ,使路由查找效率从至多 5次hash表访问减少为至多 3次 hash表访问。

改进的TCAM路由更新方法与实现

基于TCAM的硬件路由查找算法能够在一个时钟周期内完成最长前缀匹配,实现快速路由查找和分组转发。但路由表表项的有序性使得更新过程比较复杂从而成为TCAM路由技术发展的瓶颈。根据不同长度前缀表项的分布特性及路由表稳态时的更新规律,优化了路由表的空间分配,并引入了缓冲池的思想,提出了一种改进的路由表更新方法,从而提高路由表更新效率。

网络处理器中最长匹配算法的优化

传统的最长匹配路由算法都是基于双线程并行查找方法来实现的,没有充分利用新一代网络处理器无延时线程切换和可编程的特点。该文基于IXP2350平台对传统的最长匹配算法进行了优化改进,充分利用硬件特性和微引擎中异步内存读写的特点,用单线程来完成整个路由的查找。实验测试结果表明,这种优化改进使路由器的包转发效率提高了20%。

基于代数决策图的路由查找算法

为解决路由查找过程中路由表项数不断增加导致存储冗余大和查找效率低的问题,在代数决策图(ADD)的基础上,提出一种改进的路由查找算法。根据符号算法的特性对路由表项进行伪布尔函数表示,综合考虑路由表结构特征和符号算法的优势,基于ADD结构构建基于前缀的路由表,并给出路由表更新、删除、查找算法。通过国际项目管理协会提供的开源路由表进行实验仿真,结果表明该算法能够有效减少路由表操作时的内存访问次数,节省路由表存储空间。

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BloomFilters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OC768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。