CN101005461B

CN101005461B - 一种IPv6路由表查找、转发的方法

Info

Publication number: CN101005461B
Application number: CN2007100729717A
Authority: CN
Inventors: 韩俊杰
Original assignee: ZTE Corp
Current assignee: ZTE Corp
Priority date: 2007-01-16
Filing date: 2007-01-16
Publication date: 2010-06-16
Anticipated expiration: 2027-01-16
Also published as: CN101005461A

Abstract

本发明公开了一种IPv6路由表查找、转发的方法，包括步骤：a：根据统计分布，将IPv6路由表按照前缀长度分成两部分；b：将这两部分分别存储在RAM和TCAM中并进行管理；c：在IP路由转发过程中，以目的IP地址，分别查找RAM和TCAM，并按照最长匹配原则进行转发。本发明由硬件和CPU共同管理路由表，减轻了CPU的负担；同时TCAM采用动态自适应分配算法，提高了TCAM的利用率；无须维护TCAM路由表的shadow表，节省了内存。

Description

一种IPv6路由表查找、转发的方法

技术领域

本发明涉及网络设备IP路由转发领域，尤其涉及一种IPv6路由表查找、转发的方法。

背景技术

随着互联网的迅速发展，IPv4面临越来越多的问题，其中最突出的是地址空间耗尽危机。另外，由于IPv4地址方案不能很好地支持地址汇聚，现有的互联网正面临路由表不断膨胀的压力；IPv4在服务质量、移动性和安全性等方面也有着其天然的不足。

为了解决IPv4所固有的问题，IETF提出了拥有128位地址的IPv6互联网协议。与IPv4相比，IPv6至少具有如下优势：扩展的地址空间和类似CIDR的地址结构；支持自动配置；更好的移动性和安全性。目前，IPv6的主要协议均已完善，其代替IPv4已成为必然趋势。国内外各大通信设备厂商都在IPv6的应用与研究方面投入了大量的资源。

IPv6技术包含多方面的内容，对网络设备也提出了众多新的要求。就IP路由转发而言，网络设备至少需要保证符合两方面的要求：路由表容量和包转发速率。

网络设备进行三层转发时，需要遵循最长匹配原则。即若搜索路由表时有多条表项均匹配，则按照前缀长度最大的表项进行转发。在IPv6网络中，地址从IPv4的32位扩展为128位，进行最长前缀匹配变得更加困难，因此，快速路由查找算法成为影响转发性能的重要因素之一。

目前，从物理角度看，基于RAM(随机存取存储器)的技术(典型为M-Trie技术)以及基于TCAM(三态内容寻址存储器)的技术已经在IPv4中得到广泛的使用。但是，这两种技术不能简单的应用到IPv6中。首先，IPv6地址长度为128bit，若采用RAM技术，步宽选择和树深的选择也更加困难，若步宽选择过大，则会占用更多RAM，若树深过大，则转发时访问RAM的次数将增大，会影响转发性能；其次，与RAM相比，TCAM单位比特的TCAM更加昂贵，而且TCAM芯片存储容量更小。因此，对于大容量IPv6路由表而言，完全采用TCAM实现，成本高昂。再次，对于TCAM表的管理，若事先将TCAM固定分配给某些前缀长度的路由，则TCAM的利用率不高。而且，当前的算法通常需要cpu在内存中维护对应的shadow表，这增加了内存开销和cpu负担。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种IPv6路由表查找、转发的方法，使得在IP路由转发时，能够快速查找到其路由并进行转发，同时也增大了路由表容量。

为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种IPv6路由表查找、转发的方法，包括步骤：

a：根据统计分布，将所述IPv6路由分为前缀长度属于区间[a，b]的路由和前缀长度不属于区间[a，b]的路由，其中a、b的取值保证大多数路由落在区间[a，b]中；

b：将所述前缀长度属于区间[a，b]的路由存储在RAM中，并采用带预处理引擎的M-Trie算法进行管理；将所述前缀长度不属于区间[a，b]的路由存储在TCAM中，并采用前缀长度约束算法进行管理；

c：在IP路由转发过程中，以目的IP地址，分别查找RAM和TCAM，并按照最长匹配原则进行转发。

其中，所述采用带预处理引擎的M-Trie算法进行管理具体包括：将IPv6的前a比特IPv6[128，(128-a)]做预处理运算并得到预处理结果为Rst；以Rst+IPv6[128-a，128-b]来构造M-Trie树。

其中，所述采用前缀长度约束算法进行管理具体为：保证前缀长度长的路由在TCAM内的存储地址比前缀长度短的路由小；TCAM表根据实际情况动态分配资源给路由。

其中，在所述TCAM中添加一条路由，具体包括：若该路由对应的前缀组在TCAM中已经存在，并且具有空闲表项，则直接添加之；若前缀组中已无空闲表项，则从具有空闲表项的邻居前缀组中划分一定数量的空闲表项，然后再进行添加操作；若该路由对应的前缀组在TCAM中不存在，则首先需要创建该前缀组，并从相邻前缀组中划分一定数量的空闲表项给该前缀组，然后再进行添加操作。

其中，在所述TCAM中删除一条路由，具体包括：若对应前缀组还包含其他路由，则直接删除该路由；若前缀组中仅包含该条路由，则需要将该前缀组删除，并将其占用的空闲表项分配给其相邻前缀组。

其中，在TCAM中增加记录路由表项的前缀长度字段。

本发明具有如下有益效果：

1)本发明只需访问两次RAM；

2)与完全采用TCAM技术相比，本发明成本更低；

3)由硬件和CPU共同管理路由表，减轻了cpu的负担；

4)TCAM采用动态自适应分配算法，提高了TCAM的利用率；

5)无须维护TCAM路由表的shadow表，节省了内存。

附图说明

图1是硬件三层转发过程示意图；

图2是TCAM路由表的示意图；

图3是TCAM的添加操作示意图；

图4是TCAM的删除操作示意图；

图5是TCAM路由表项的组成示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的描述：

根据统计分布，网络中的前缀长度绝大多数集中在某个区间内，目前高达70％的IPv6路由前缀长度为48。据此，本发明将IPv6路由分成两大部分，前缀长度属于区间[a，b]的路由和其他路由(a和b的取值，视实际网络地址分布情况而定，保证大多数路由落在区间[a，b]中，目前，可取a＝40，b＝48)。对于前者，采用带预处理引擎的M-Trie实现。对于后者，采用TCAM实现。

1)带预处理引擎的M-Trie表

前缀长度分布在[a，b]的路由，采用带预处理引擎的M-Trie实现。

具体步骤如下：

首先，将IPv6的前a比特IPv6[128，(128-a)]做预处理运算(典型地，预处理算法可以选择hash算法)，假定预处理结果为Rst，为了达到节省内存的目的，Rst一般长度小于a。典型地，若a＝40，则Rst长度可取为16；

其次，以Pst+IPv6[128-a，128-b]来构造M-Trie树。

2)TCAM表

前缀长度属于区间[0，a-1]，前缀长度属于区间[b+1，128]，预处理冲突(若预处理采用hash算法，则为hash冲突)，或者M-Trie已满时的路由均存储在TCAM中。

本发明的核心思想如图1所示本发明流程图，包括：

步骤101：根据统计分布，将IPv6路由表按照前缀长度分成两部分；

步骤102：将这两部分分别存储在RAM和TCAM中并进行管理；

步骤103：在IP路由转发过程中，以目的IP地址，分别查找RAM和TCAM，并按照最长匹配原则进行转发。

其中，路由表管理通常包括添加，删除和更新路由表项等操作。路由管理一般包括两个步骤：

a：确定某条路由是否在硬件路由表中存在；

b：确定某条路由在硬件中的具体位置，并进行相应的操作。

本发明中的路由表管理分成两部分：RAM和TCAM；对于RAM部分，采用常见的M-Trie算法即可实现。

为了保证最长前缀匹配，本发明TCAM路由表管理采用前缀长度约束，如图2所示。这样，TCAM表从逻辑上可以看成是由前缀长度相同的集合(前缀组)所组成的线性表，每个前缀组包含的路由条数称为前缀组容量。

实际网络环境中，路由表的具体组成是不可预知的，所以事先无法确定前缀组的数目以及每个前缀组的容量。基于此，本发明提供了一种动态自适应TCAM表管理方法。更具体的说，TCAM表并不预先固定分配给某些特定前缀组，而是根据实际情况动态分配，保证只分配给当前存在的前缀组。以下分别说明添加和删除操作。

添加操作：

如图3所示，添加一条路由，若该路由对应的前缀组在TCAM中已经存在，并且具有空闲表项，则直接添加之；若前缀组中已无空闲表项，则从具有空闲表项的邻居前缀组(可直接相邻或者间接相邻)中划分一定数量的空闲表项，然后再进行添加操作，在借用空闲表项的过程中保证前缀长度约束；若该路由对应的前缀组在TCAM中不存在，别首先需要创建该前缀组，并从相邻前缀组中划分一定数量的空闲表项给该前缀组，然后再进行添加操作。

删除操作：

如图4所示，删除一条路由，若对应的前缀组还包含其他路由，则直接删除该路由。若前缀组中仅仅包含该条路由，则需要将该前缀组删除，并将其占用的空闲表项分配给其邻居前缀组。

如图5所示，本发明在TCAM中增加Prefix Length字段，用来记录路由表项的前缀长度。由于IP地址+前缀长度可以唯一确定一条路由，因此，通过IP+前缀长度检索TCAM表，TCAM必然返回精确匹配的那条路由。因此，CPU无须再维护TCAM的shadow表，只需向硬件发送一条查询指令，而由硬件搜索检索TCAM，并返回相应结果。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种IPv6路由表查找、转发的方法，其特征在于，包括步骤：

2.如权利要求1所述IPv6路由表查找、转发的方法，其特征在于，所述采用带预处理引擎的M-Trie算法进行管理具体包括：将IPv6的前a比特IPv6[128，(128-a)]做预处理运算并得到预处理结果为Rst；以Rst+IPv6[128-a，128-b]来构造M-Trie树。

3.如权利要求1所述IPv6路由表查找、转发的方法，其特征在于，所述采用前缀长度约束算法进行管理具体为：保证前缀长度长的路由在TCAM内的存储地址比前缀长度短的路由小；TCAM表根据实际情况动态分配资源给路由。

4.如权利要求3所述IPv6路由表查找、转发的方法，其特征在于，在所述TCAM中添加一条路由，具体包括：若该路由对应的前缀组在TCAM中已经存在，并且具有空闲表项，则直接添加之；若前缀组中已无空闲表项，则从具有空闲表项的邻居前缀组中划分一定数量的空闲表项，然后再进行添加操作；若该路由对应的前缀组在TCAM中不存在，则首先需要创建该前缀组，并从相邻前缀组中划分一定数量的空闲表项给该前缀组，然后再进行添加操作。

5.如权利要求3所述IPv6路由表查找、转发的方法，其特征在于，在所述TCAM中删除一条路由，具体包括：若对应前缀组还包含其他路由，则直接删除该路由；若前缀组中仅包含该条路由，则需要将该前缀组删除，并将其占用的空闲表项分配给其相邻前缀组。

6.如权利要求1至5任一项所述IPv6路由表查找、转发的方法，其特征在于，在TCAM中增加记录路由表项的前缀长度字段。