CN101478488B - 报文转发方法、转发引擎芯片和路由设备 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种报文转发方法、转发引擎芯片和路由设备。其中，报文转发方法包括：在转发信息库表中查找与报文的目的IP地址匹配的路由参数表项，作为邻接信息表索引；以及根据所述邻接信息表索引，按照所述路由参数表项和所述邻接信息表的对应关系查找所述邻接信息表，以得到报文的转发信息；根据所述转发信息转发所述报文。本发明具有以下技术效果：简化了转发处理流程，裁剪了查表次数，提高了转发效率；将FIB表在芯片内部实现，在降低了实现成本的同时，还能保持较快的查表速率；可以通过对FIB表中的CAM单元进行增加和裁剪，以支持不同数目的路由表项，提高了可扩展性。
Description
技术领域
本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种报文转发方法、转发引擎芯片和路由设备。
背景技术
随着信息技术的高速发展，网络协议(IP，Internet Protocol)网络承载的业务越来越丰富，尤其是移动语音、移动IP的快速发展，IP转发技术也成为无线设备中必备的一项重要功能。在通常的IP网络中，IP报文的转发由路由设备完成理。每个路由设备中都有一种转发引擎来满足IP报文转发的需要。路由设备在收到IP报文后，就根据路由引擎将报文做转发处理。高效便捷的IP报文转发处理机制决定了路由设备处理报文能力。
在通常的路由设备中，转发引擎接收到IP报文后，通过提取报文的目的IP地址(DIP，Destination IP)，在三重内容寻址存储器(TCAM，TernaryContent Addressable Memory)中完成转发信息库(FIB，Forward InformationBase)表的查找，得到下一跳IP地址(NHP，Next Hope IP)的索引。然后根据该索引查找NHP表，得到报文的下一跳IP地址和出端口号。转发引擎将报文发送发出去时，通过报文的下一跳IP地址在TCAM中完成地址解析协议表(ARP，Address Resolution Protocol)的查找，得到邻接信息表(AIB，Adjoin Information Base)的索引，根据该索引查找AIB表，最终得到了报文的目的MAC地址(DMAC，Destination MAC)和虚拟局域网标识(VLAN IDVirtual Local Area Network Identification)。至此，转发引擎完成整个IP报文的转发处理。
发明人在实现本发明的过程中，发现现有技术至少存在以下缺点：由于FIB表和ARP表都是基于内容的查找，需要外接专用的TCAM芯片来实现。由于TCAM价格昂贵，功耗大，会导致设备成本和功耗的增加，不适合毫微微型蜂窝基站(Femtocell)这样的终端设备。对于业务应用场景简单的终端类设备，IP转发处理机制显得过于复杂，而且要增加大量的芯片资源以满足多次查表的需求。
发明内容
本发明实施例提供一种报文转发方法、转发引擎芯片和路由设备，能够节省片外的TCAM资源，减少查表次数，提高查表的效率，节省片内处理资源。
根据本发明的一方面，提供一种报文转发方法，其特征在于，该方法包括：在转发信息库表中查找与报文IP地址匹配的路由参数表项，作为邻接信息表索引；根据所述邻接信息表索引，按照所述转发信息库表中的路由参数表项与邻接信息表的表项的对应关系查找邻接信息表，以得到报文的转发信息；以及根据所述转发信息转发所述报文。
根据本发明的另一方面，还提供一种转发引擎芯片，其特征在于，该芯片包括：中央处理器接口，用于接收具有对应关系的路由配置参数和邻接信息表参数；转发信息库表电路，用于在转发信息库表中查找与报文的目的IP地址匹配的路由参数表项，作为邻接信息表索引；以及邻接信息表电路，用于根据所述邻接信息表索引按照所述转发信息库表中的路由参数表项与邻接信息表的表项的对应关系查找邻接信息表，以得到报文的转发信息。
根据本发明的另一方面，还提供一种路由设备，其特征在于，该路由设备包括：中央处理器，用于配置具有对应关系的路由参数和邻接信息表参数；以及转发引擎芯片，用于接收上述路由参数和邻接信息表参数；查找与报文的目的IP地址匹配的路由参数表项，作为邻接信息表索引；根据得到的邻接信息表索引，按照所述转发信息库表中的路由参数表项与邻接信息表的表项的对应关系查找邻接信息表得到报文的转发信息。
本发明实施例提供一种报文转发方法、转发引擎芯片和路由设备，通过保持FIB表和AIB表的表项一一对应，将二者表关联起来，从而将查找FIB表得到的匹配的路由参数表项作为AIB表的查找索引，这样不仅省略了常规的多次查表流程，而且简化了转发处理机制，提高了查表效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1A为本发明实施例一的报文转发方法的流程图；
图1B为本发明实施例的报文方法中查找匹配的路由参数表项步骤的流程图；
图2为本发明实施例二的转发引擎芯片的结构示意图；
图3为本发明实施例的转发引擎芯片中路由参数配置转换电路的电路图；
图4为本发明实施例的转发引擎芯片中FIB表电路的电路图；
图5为构成本发明实施例的转发引擎芯片中FIB表电路的CAM单元的电路图；
图6为构成本发明实施例的转发引擎芯片中FIB表电路的CAM单元的位图单元的电路图；
图7为本发明实施例的转发引擎芯片中FIB表的配置时序图；
图8为本发明实施例的转发引擎芯片中FIB表的查询时序图；
图9为本发明实施例的转发引擎芯片中AIB表电路的电路图；
图10为本发明实施例的转发引擎芯片中AIB表的查询时序图；
图11为本发明实施例的路由设备的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一
参照图1A和图1B，详细描述根据本发明实施例的报文转发方法。该方法包括：
步骤S110，在转发信息库表中查找与报文的目的IP地址匹配的路由参数表项，作为邻接信息表索引；
如图1B所示，步骤S110前包括在转发信息库表中配置路由参数表项，在邻接信息表中配置邻接信息表参数表项，和获得报文的目的IP地址；在转发信息库表中配置路由参数表项的具体操作是接收路由参数，由于不能直接配置到转发信息库表中，所以还要将接收的路由参数转换为转发信息库表可读写的信号(步骤S111)，以将接收的路由参数配置成路由参数表项；在邻接信息表中配置与路由参数表项一一对应的邻接信息表参数表项(步骤S112)，可直接配置而不需要转换；获得报文IP地址的具体操作是接收IP报文并解析报文得到报文IP地址(步骤S113)；
步骤S120，根据所述邻接信息表索引，按照路由参数表项和邻接信息表参数表项的对应关系查找邻接信息表，以得到报文的转发信息步骤S130，根据所述转发信息转发所述报文。
本实施例通过保持FIB表中的路由参数表项和AIB表的参数表项一一对应，将二者表直接关联起来，从而将查找FIB表得到的匹配的路由参数表项作为AIB表的查找索引，这样不仅省略了常规的多次查表流程，而且简化了转发处理机制，提高了查表效率。
实施例二
参照图2到图10，详细描述根据本发明实施例的转发引擎芯片200的电路结构和操作方式。
该转发引擎芯片200包括：CPU接口210，FIB表电路230和AIB表电路240。CPU接口210用于接收CPU配置的一一对应的路由参数表项和AIB表参数表项。FIB表电路230根据输入报文DIP查找匹配的路由参数表项得到AIB表的索引，得到的AIB表索引输入AIB表电路240，按照路由参数表项和AIB表参数表项的对应关系，查找AIB表得到报文的转发信息。此外，转换引擎芯片200还包括：路由参数配置转换电路220和报文解析电路250。由于不能将路由参数直接配置到FIB表电路230中，需要由路由参数配置转换电路220将路由参数转换为FIB表电路230的可读写信号，再配置到FIB表电路230中。而AIB表参数可直接配置到AIB表电路240中。
其中，路由参数配置转换电路220的输入接口和AIB表电路240的配置接口与CPU接口210相连接，路由参数配置转换电路220的输出接口连接FIB表电路230的配置接口，FIB表电路230的输出接口连接AIB表电路240的查询端口和报文解析电路250的输出端口。
下面参照图3，以配置第1条路由表项为例(即T_INDEX配置为0)详细描述根据本发明实施例的转发引擎芯片中的路由参数配置转换电路300。电路基本单元由三个与门和一个比较器组成。如图所示，IP[31:28]和MASK[31:28]相与后得到tmp0，waddr和MASK[31:28]相与得到tmp1。tmp0和tmp1经过比较器后输出比较结果cmp0。如果tmp0和tmp1相等，cmp0等于1；否则cmp0等于0。cmp0和VALID相与后输出wdat[255]的值；wdat其余比特位的值可类似得到。图中，DIP、MASK和Valdi分别是CPU配置的路由参数。waddr是FIB表的写地址，配置启动后从“0”到“15”递增变化。由于T_INDEX配置为0，所以只更新第一条路由表项对应的数据位即可。
下面参照图4到图8，详细描述根据本发明实施例的转发引擎芯片中的FIB表的结构及操作过程。
参照图4，详细描述根据本发明实施例的转发引擎芯片中的FIB表电路400。该FIB表电路400包括配置接口401，8个内容寻址存储器单元(CAM，Content Addressable Memory)402、查找接口403和输出接口404。其中，8个CAM单元402相并联，满足32条完整路由表项的配置和查找。一条路由表项的32位路由信息按照比特顺序分为8个区间，分别存储在8个CAM单元402中。例如：[31:28]位路由信息位于CAM7，[27:24]位路由信息位于CAM6，等等。从配置接口401输入多个路由参数配置，其中wen是写使能，wdat是写入数据，waddr是写地址，ren是读使能，rdat是读出数据，raddr是读地址。从查找接口403输入待查找的数据，从输出接口404输出AIB表索引和查找结果，其中match_data是待查找的数据，match_signal是FIB表的查找结果，match_index是FIB表查找后返回的表项索引。
在本发明实施例中，FIB表是非线性表，查找方式类似于TCAM，是一种基于内容的查找。构成FIB表最基本的单元是位图单元，每个位图单元是一个深16位，宽1位的存储空间，可以存储4比特的路由信息。8个位图单元可以存储32比特的路由信息，从而可以构成一条完整的路由表项。在Femtocell中，只需要支持32条路由表项，所以FIB表由256个的位图元构成。为了易于在芯片内容实现，我们将FIB表划分为8个CAM单元。每个CAM单元由32个位图单元构成，可以存储32条4比特的路由信息。
下面参照图5，详细说明构成FIB电路的CAM单元500的电路结构。CAM单元500由一个宽度为32位、深度为16位的双口RAM实现，包括配置接口501，32个位图单元502、查询接口503和输出接口504。32个位图单元502并联而成，可以很方便的实现32条4比特路由表项的存储和查找。配置CAM单元时，可以根据配置接口501完成相关路由表项的读取和更新。查询CAM单元时，查询数据(match_data)作为地址索引从查询接口503输入，从CAM单元中读出32比特的数据(match_out)后从输出端口504输出。matcn_out就是match_data同存储在CAM单元500中的32条表项相匹配的结果。
下面参照图6，详细描述构成CAM单元的位图单元600的电路结构。位图单元600包括配置接口601，计数器602，比较器603，位图存储单元604、查询接口605和输出接口606。当配置位图单元时，wen有效，计数器602从″0000″到″1111″递增计数，从配置接口601输入的data_in是将要写入的4btis路由信息。比较器603对计数器602的输出与data_in进行比较，依次将比较结果写入位图存储单元604中。如果二者相同，比较器603输出″1″到位图存储单元604中；不同则输出″0″到位图存储单元604中。经过16个时钟周期后，完成data_in与计数器601输出所有情况的比较。这样，移位寄存器中将存入15个″0″和一个″1″(例如：如果data_in等于″1″，那么位图单元中只有第1比特数据等于″1″，其余都等于″0″)。当查询位图单元时，将从查询接口605输入的查询数据match_data作为位图单元的地址索引，位图单元600就可以输出对应的某一位比特数据(match_single)。如果match_single输出为″1″，则表示match_data与原来写入该单元的数据相同，即发生匹配；反之则输出为″0″，表示不匹配，这种查找方式就是一种基于内容的查找。最后，将匹配的match_data从输出接口606输出。
下面参照图7，详细描述FIB表的配置时序。在CPU完成路由参数的配置后，芯片内部产生一个脉冲信号(route_start)启动参数配置转换，同时更新完成FIB表项内容。由于在FIB表更新过程中，芯片对每条表项的内容都会刷新一遍，所以首先要将各条表项的数据预先从FIB表中读出，然后根据T_INDEX更新对应数据位，再刷新到各个CAM单元中(由于T_INDEX配置为0，需要更新的数据位分别为wdat[255]、wdat[223]、wdat[191]、wdat[159]、wdat[127]、wdat[95]、wdat[63]、wdat[31])。FIB表配置启动指示(route_start)产生一个脉冲信号，FIB表读使能(ren)在route_start有效后持续16拍，根据FIB表读地址(raddr)读出FIB表的内容，FIB表写使能(wen)在ren有效后也持续16拍，根据FIB表读地址(waddr)将新的表项写入FIB表中。
下面参照图8，详细描述FIB表的查询时序。转发引擎在处理IP报文时，需要通过FIB表的查找来得到AIB表的索引。报文转发过程中，转发引擎将报文的DIP作为FIB表的match_data输入数据。在FIB表内部将match_data按照比特位顺序划分为8个区间后，分别连接到8个CAM单元的match_data上。CAM单元基于各自的match_data内容完成查找后，输出匹配结果(match_ind0~match_ind7)，再将match_ind0~match_ind7按位相与后，最终得到报文DIP和32条路由表项匹配后的结果match_ind(例如：如果报文的DIP和FIB表中第12条表项相匹配，match_ind中的第12位数据就等于“1”)。将match_ind按比特位相或可以得到FIB表查找的最终结果(match_signal)。对match_ind进行优先级译码，可以在同时命中多条表项时，提取出满足最长匹配的路由表项索引(CPU在配置FIB表时，按照掩码的大小配置表项在FIB表中的顺序，即掩码最大的表项要配置在FIB表的最低表项位置)。如图8所示的FIB表的查找时序图，DIP0查找FIB表后，match_ind[2]的值等于1，说明DIP0命中第2条表项。DIP1查找FIB表后，match_ind等于0，说明DIP1未命中。DIP2查找FIB表后，match_ind[0]、matcn_ind[1]、match_ind[5]和match_ind[7]的值都等于1，说明DIP2命中第0条、第1条、第5条、第7条四条表项。
下面参照图9和图10，详细描述根据本发明实施例的转发引擎芯片中的AIB表的电路接口和操作过程。其中，图9所示为根据本发明实施例的转发引擎芯片中的AIB表电路结构。AIB表900由深度由32，宽度为60的双口RAM901，配置接口902、查询接口903和输出接口904构成。由CPU通过配置接口902完成AIB表900的配置。AIB_INDEX作为AIB表900的查询地址从查询接口903输入，在AIB表中查找到转发的信息(如DMAC和VLAN ID)后从输出接口904输出。图10所示为AIB表电路的查找时序，其中以AIB_INDEX作为AIB表的查询地址，下一拍就可以得到AIB表中的DMAC和VLAN ID。AIB表是一张线性表，其表项可以有CPU直接配置，内容包括DMAC和VLAN ID，其与FIB表的表项保持一一对应关系。当转发引擎查找AIB表时，就可以将FIB表输出的match_index作为查找索引(AIB_INDEX)，从而得到报文转发所需要的DMAC和VLAN ID，最终完成IP报文的整个转发过程。
本实施例通过保持FIB表中的路由参数表项和AIB表的参数表项一一对应，将二者表直接关联起来，从而将查找FIB表得到的匹配的路由参数表项作为AIB表的查找索引，这样不仅省略了常规的多次查表流程，而且简化了转发处理机制，提高了查表效率；同时将FIB表的实现方式也从片外TCAM中搬移芯片内部，节省了片外的TCAM资源。
实施例三
参照图11，详细描述根据本发明实施例的路由设备1100。该路由设备1100包括：
CPU 1101，用于配置具有对应关系的路由参数表项和AIB表参数表项，其中路由参数包括目的IP(DIP)、掩码位(MASK)、表项有效指示(VALID)以及表项地址(T_INDEX)。其中，路由参数表项和AIB表参数表项的对应关系可以是一一对应的关系。
转发引擎芯片1102，用于接收所述路由参数和AIB表参数；在FIB表中查找与报文IP地址匹配的路由参数表项，以得到AIB表索引；根据得到的AIB表索引，按照路由参数表项和AIB表参数表项的对应关系查找AIB表得到报文的转发信息。
转发单元1103，用于根据上述转发信息转发上述报文。
本发明实施例通过保持FIB表中的路由参数表项和AIB表的参数表项一一对应，将二者表直接关联起来，从而将查找FIB表得到的匹配的路由参数表项作为AIB表的查找索引，这样不仅省略了常规的多次查表流程，而且简化了转发处理机制，提高了查表效率。同时，将FIB表在芯片内部实现，在降低了实现成本的同时，还能保持较快的查表速率；可以通过对FIB表中的CAM单元进行增加和裁剪，以支持不同数目的路由表项，提高了可扩展性；具有一定的通用性，不仅适合于Femtocell，也可以使用在类似的终端类产品上。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种转发引擎芯片，其特征在于，该芯片包括：
中央处理器接口，用于接收具有对应关系的路由参数和邻接信息表参数，并将所述邻接信息表参数配置成邻接信息表电路中的邻接信息表参数表项；
路由参数配置转换电路，用于将所述路由参数转换为转发信息库表电路的读写信号，以将所述路由参数配置成所述路由参数表项，其中，所述路由参数表项与所述邻接信息表参数表项一一对应；
报文解析电路，用于接收IP报文并解析所述IP报文得到报文的目的IP地址；
所述转发信息库表电路，由路由配置接口、8个并联连接的内容寻址存储器单元和查找接口组成，所述配置接口与所述路由参数配置转换电路相连接，所述查找接口与所述报文解析电路相连接，用于在转发信息库表中查找与所述目的IP地址匹配的路由参数表项，作为邻接信息表索引；
以及
所述邻接信息表电路，用于根据所述邻接信息表索引，按照所述转发信息库表中的路由参数表项与邻接信息表参数表项的对应关系查找邻接信息表，以得到报文的转发信息，以使与所述转发引擎芯片连接的转发单元转发所述报文。
2.根据权利要求1所述的芯片，其特征在于：所述内容寻址存储器单元为双口RAM。
3.根据权利要求2所述的芯片，其特征在于：所述双口RAM包括配置接口、32个位图单元、查询接口和输出接口，所述32个位图单元并联连接。
4.一种飞蜂窝用路由设备，其特征在于，该路由设备至少包括：中央处理器和如权利要求1-3任意一项所述的转发引擎芯片；其中，
所述中央处理器用于为所述转发引擎芯片配置具有对应关系的路由参数表项和邻接信息表参数表项。
5.根据权利要求4所述的路由设备，其特征在于，该路由设备还包括：
转发单元，用于根据所述转发信息转发所述报文。
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