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。

基于哈希表的最长前缀匹配算法改进

在实际应用中经常需要查找某IP地址其在数据库中对应的真实的物理地址,而数据库的数据量往往很大,显然直接去查询数据库不能满足大量数据以及高速查找的要求。在最长前缀匹配算法的基础上,提出了一种基于哈希查找表的IP地址查找算法。将数据库中的信息建立为一个哈希表,并将点分十进制IP地址的部分前缀作为键值,映射到哈希表中的一条记录,从而得到所需的信息。最后用C#语言实现了该算法,实验表明该算法具有很高的效率。

一种改进的IPV6最长前缀匹配路由查找算法

本文就是在研究已有算法的基础上,结合IPv6地址的特征以及路由表中前缀的分布规律,提出了一种改进的、基于索引表和Trie树的查找算法,该算法在时间复杂度和空间复杂度上表现出了较好的性能。

一种基于最长前缀匹配的分段式IP查表方法

基于最长前缀匹配,本文提出了一种新的IP转发表搜索方法。该方法在实现过程中依赖的主要硬件是一片逻辑控制器以及高速的DDRII(Double Date RateⅡ)SDRAM(Synchronous Dynamic Random Access Memory)。依据研究IP地址前缀所得出的规律,将IP地址前缀存储到DDRII中。该搜索方法能够将搜索时间限制在两个DDRII读周期之内,不超过4ns;同时保证转发表更新时间小于512ns。

一种无回溯的最长前缀匹配搜索算法

研究网络处理器中的搜索算法,提出一种基于Patricia树的无回溯搜索算法,并进行仿真和评估分析。该算法被用于中科院计算所的网络处理器的搜索引擎的设计中,该搜索引擎可以运行在155.9 MHz的XC2VP30 FPGA上,占用421个LUT,当频率为100 MHz时,每秒可以执行约7 000 000次搜索操作,实现了资源消耗和性能的折中。

采用变长多分支树实现最长前缀匹配查找

随着Internet的迅猛发展,网络带宽需求不断增加,客观上要求路由器能够每秒钟转发几百万到上千万个以上的分组,分组转发的重要一步就是查找路由表,因此采用何种查找算法从而实现快速的IP地址最长前缀查找LPM是实现高速分组转发的关键。所采用变长多分支树查找算法将比传统的查找算法明显提高路由查找速度。

分组IP路由最长前缀匹配查找算法研究

介绍了几种常见的IP路由查找算法,并简单分析其优点与不足。二进制Trie树结构虽占用空间较小,但因其查找时间太长而很少运用于实际生活中,目前常见的算法都是在查找时间与存储空间上寻找折衷点.本文在此基础之上提出了一种基于分组IP路由最长前缀匹配查找算法,通过将IP前缀按其长度进行分组,并在各组内采用Trie树结构进行存储,最长只需4次存储器访问,且因利用了公共前缀,固能节约存储空间,实验结果表明,本算法在查找时间上取得了非常理想的效果。

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。

基于非重叠前缀集合的并行路由查找系统

快速的路由查找机制是高性能路由器设计的关键 .最长匹配查找是路由查找的难点所在 .本文提出一个并行路由查找系统 .它使用一种路由表划分方法 ,可将路由表中的前缀划分为若干个集合 ,集合内前缀没有重叠 .从而把路由表前缀的最长匹配查找转化为若干个集合内前缀的唯一匹配查找 .基于这种方法 ,本文还提出一个通用的并行路由查找框架 ,框架适用于大多数路由查找算法 .并行查找框架可简化查找算法的设计 ,提高查找算法的速度 .使用二分查找算法 ,并行查找系统可以达到log2 (2N/B)的查找复杂度 (N为路由表前缀数目 ,B为大于 4的整数 ) .同时 ,并行查找系统对IPv6也具有很好的扩展性 .

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。

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。

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.

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.

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。

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。

基于TCAM的快速更新算法

目前用于实现线速数据包处理的硬件设备主要是TCAM。对于如何保持TCAM列表的排序这个问题，通常的解决方案提高了平均性能，但是浪费了TCAM空间。论述了一种改进的算法来管理TCAM使得其在最差情况下递增式更新时间保持较小，通过分析使其也能够用于解决数据包分类问题。

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。

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。

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。

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。