基于TCAM的高效路由方案研究與實現(xiàn).pdf

1、進入21世紀，互聯(lián)網(wǎng)飛速發(fā)展，互聯(lián)網(wǎng)用戶劇增，用戶對于網(wǎng)絡的需求，對于網(wǎng)絡速度的要求也越來越高，研究者以及各大運營商也致力于提高網(wǎng)絡速度，優(yōu)化網(wǎng)絡環(huán)境，以達到用戶的需求。路由轉(zhuǎn)發(fā)的速度影響著整個的網(wǎng)絡質(zhì)量以及用戶體驗。研究人員對于優(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、報文處理，QoS，數(shù)據(jù)壓縮，人工智能等方面有著重要的應用。并且相對于軟件算法來說，TCAM在速度上有著無可比擬的優(yōu)勢。但 TCAM同樣有其劣勢：價格昂貴，功耗高，路由表管理復雜、效率低下。
　　本文對基于TCAM的高效路由查找方案進行研究，提出了一種混合式的基于TCAM的路由查找方案。具體地，本文首先對來自不同地區(qū)的核心路由表進行研究，根據(jù)是否含有子節(jié)點，子節(jié)點個數(shù)，以及長度，將前綴存放在兩個獨立的TCAM核模塊中，使大部分前綴可

3、以隨機存放，很大程度上減小了前綴在TCAM中存放的復雜度。這種存放方式在更新時減少了前綴不必要的移動，有利于 TCAM前綴的更新，能夠有效的提高 TCAM前綴更新時的效率，從而降低了功耗。同時，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，本文實現(xiàn)了一種流水線的TCAM控制器，它縮短了兩個搜索之間需要等待的時間，提高了吞吐

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