基于非易失存儲(chǔ)器的混合TCAM研究與設(shè)計(jì).pdf

1、軟件定義網(wǎng)絡(luò)(SDN)是一種新興的網(wǎng)絡(luò)模式，它通過(guò)將網(wǎng)絡(luò)的控制平面和數(shù)據(jù)平面進(jìn)行解耦來(lái)簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò)管理。其中交換機(jī)作為數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)的設(shè)備，而實(shí)際上網(wǎng)絡(luò)管理則由邏輯上集中的服務(wù)器來(lái)進(jìn)行控制。通過(guò)將控制平面轉(zhuǎn)移到邏輯為中心的控制器上，SDN提供了可編程功能并且用于動(dòng)態(tài)地控制和管理交換機(jī)中的數(shù)據(jù)包的轉(zhuǎn)發(fā)和處理。
　　在SDN中，網(wǎng)絡(luò)流量是由一組存儲(chǔ)在交換機(jī)中的三態(tài)內(nèi)容尋址存儲(chǔ)器(TCAM)的流表所管理。TCAM可以以線性的速度與到來(lái)的數(shù)據(jù)包和存

2、儲(chǔ)在TCAM中的所有流表進(jìn)行并行比較。
　　然而，現(xiàn)在的商業(yè)交換機(jī)的TCAM容量很少。另一方面，更加細(xì)化的SDN策略導(dǎo)致更大更多的流表數(shù)量的增長(zhǎng)，這些流表需要存儲(chǔ)和保持在SDN交換機(jī)的TCAM中，以保證快速的網(wǎng)絡(luò)需求。盡管TCAM由于它的性能優(yōu)勢(shì)變得不可缺少，但是本身也帶來(lái)了不可忽視的代價(jià)。例如，TCAM耗能比較大、價(jià)格昂貴、比一般存儲(chǔ)器RAM需要占更大的芯片面積。這主要是由于現(xiàn)在的商業(yè)交換機(jī)中的TCAM是由靜態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(S

3、RAM)組成，而SRAM的高耗能和低密度等特性極大地限制了TCAM的容量，加劇了SDN交換機(jī)的處理負(fù)擔(dān)和延遲。
　　由于網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)流量持續(xù)增長(zhǎng)，增加TCAM容量的同時(shí)最小化TCAM的使用代價(jià)已經(jīng)成為了一個(gè)挑戰(zhàn)。最近，新型非易失性存儲(chǔ)器件(NVM)由于它的低靜態(tài)功耗和高密度等優(yōu)點(diǎn)，像電阻式存儲(chǔ)器件(ReRAM)已經(jīng)被引入來(lái)實(shí)現(xiàn)TCAM。與傳統(tǒng)的由SRAM組成的TCAM(sTCAM)相比，由NVM組成的TCAM(nvTCAM)可以獲

4、得更高的存儲(chǔ)容量和更低的能量消耗。
　　然而，nvTCAM由于固有的高的寫(xiě)延遲操作，因此也不是完美的解決方案。此外，TCAM中的流表的更新操作本身也是一個(gè)緩慢的過(guò)程，現(xiàn)在的基于SRAM的交換機(jī)僅僅支持每秒40至50條流表的更新。這個(gè)更新操作對(duì)于由NVM組成的交換機(jī)會(huì)更加嚴(yán)重，極大地限制了大型網(wǎng)絡(luò)中的網(wǎng)絡(luò)性能。
　　本論文提出了一個(gè)由NVM組成的TCAM(nvTCAM)和基于SRAM組成的TCAM(sTCAM)的混合TCAM架