CN101556610B - 网络处理器使用的建表和查表方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及网络通讯领域，公开了一种网络处理器使用的建表和查表方法，用于配置和匹配表项，根据所述表项的匹配比特长度和匹配比特值计算存放索引值，再根据所述存放索引值确定所述表项的存储区域；或者根据所述表项的匹配比特长度确定存放的区域，具有相同匹配比特长度的表项根据匹配比特值确定在相同区域中存放的位置。本发明优化了网络处理器的表结构，简化了网络处理器的查表过程，提高了网络处理器的处理能力，对于匹配字节长度不固定的表，效果尤其显著。

Description

网络处理器使用的建表和查表方法

技术领域

本发明涉及网络通讯领域，尤其涉及网络处理器使用的建表和查表方法。 

背景技术

随着信息技术的发展，数据业务量越来越高，不同数据协议和数据类型的处理也越来越复杂，因而要求网络节点具备灵活处理数据业务的能力。现在的网络处理器可以按照需求定制业务处理流程，相对于原有的业务芯片具有实现灵活、便于升级和开发周期短的优点，在最近几年内得到了广泛应用。 

网络处理器对数据的处理一般包括：流分类、限速、流量管理和整形、报文修改等几个步骤。网络处理器在处理过程中，需要从数据中获得信息，在获得数据包中信息后，查表，根据查表结果，判断对数据包进行何种处理。通常，在数据处理过程中，根据业务复杂度的不同，要查若干张表，如果查表消耗的时间较长，就会影响网络处理器的处理效率，造成其性能下降。影响查表效率的因素主要有两个方面：一是表的设计即建表方法，也就是以什么形式来保存表项；二是查表方法，即用什么方法来匹配输入项与表中已存在项。 

目前的网络处理器使用的表设计和查表方法，有以下几种： 

(1)完全匹配搜索算法，使用hash函数对输入Key进行计算，到树表查找直到找到叶子、键值和相应的信息，都包含在Patricia树结构中，Hash函数进行key bit到Hash key的n-＞n转换。 

(2)最长匹配算法，一次比较一个bit，直到找到精确匹配项，需要比较n次来识别是否是最符合的匹配。不管是最精确匹配还是最长前缀匹配，数表创建保证只有一个最好匹配。 

(3)使用Hash函数进行最长匹配查找，对网络协议地址的第一部分进行hash，映射成一个VPN号，并和IP地址剩余部分合起来作为输入key。然后逐个进行比较。 

(4)使用多级存储实现数表处理，要被访问的树被分级放在内存中，数表的第一部分数据放在第一个级内存，第二部分放在第二级内存，依次类推。在查表时，处理器通过保存在内存级中的一个或多个部分来决定保存在内存等级和输入搜索项之间一个或多个匹配项。处理器、第一个内存等级和第二内存等级在一个集成电路上实现，第三内存等级在这个集成电路外部实现。 

如上所述，在现有技术中，有的查表通过逐个bit比较，有的使用hash算法计算key值进行，或者使用上述两种方法的结合，或者分级建表分级查表。逐个bit进行比较的方法，在匹配的bit位数较大时，需要比较的次数较多，而利用hash算法进行匹配的方法，可能产生冲突，也容易造成性能下降。 

如果把比较的对象的bit位数作为一个值参与匹配，或者作为一个值参与hash计算，或者使匹配在同一bit长度的表项间进行，则可以在变长表中减少比较次数，解决现有技术中存在的问题。 

这里所说的匹配长度是指，树表表项的匹配字节长度或输入要匹配的字段长度，比如一个最长16bit的表的表项：0101001110******，其匹配长度为10bit，6bit为通配，如果一个输入的字段是：10101010********，要匹配字段是10101010，其匹配长度为8bit。 

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，公开一种网络处理器使用的建表和查表方法，简化网络处理器的查表过程，提高网络处理器的处理能力，对于匹配字节长度不固定的表，效果尤其显著。 

本发明公开的一种网络处理器使用的建表方法，用于配置表项，根据所述表项的匹配比特长度和匹配比特值计算所述表项的存放索引值，再根据所述存放索引值确定所述表项的存储区域。 

本发明公开的网络处理器使用的建表方法，还包括如下从属技术特征： 

所述计算存放索引值的方法是使用部分映射算法，或者使用完全映射算法；或者使用Hash函数计算； 

所述根据所述存放索引值确定所述表项的存储区域包括：根据所述表项的匹配比特长度确定存放的区域，具有相同匹配比特长度的表项根据匹配比特值确定在相同区域中存放的位置； 

设N为所述表项的存放索引值，所述计算存放索引值的公式是： 

N＝X/M+(S-1) 

其中X为所述表项的匹配比特值，M为模，S为所述表项的匹配比特长度。模M的取值为1024。 

本发明还公开了一种网络处理器使用的查表方法，用于匹配表项，根据输入字段的匹配比特长度和匹配比特值计算对应表项的索引值，再根据所述对应表项的索引值在所述表的存储区域查找具有相同索引值的表项，所述输入字段与所述具有相同索引值的表项逐个进行匹配，如果存在完全匹配的所述表项，则返回查找完成，否则返回查找失败。 

本发明公开的网络处理器使用的查表方法，还包括如下从属技术特征： 

所述计算对应表项的索引值的方法是使用部分映射算法，或者使用完全映射算法；或者使用Hash函数计算； 

所述查找具有相同索引值的表项包括：根据所述输入字段的匹配比特长度确定所述表项的存放的区域，在相同匹配比特长度的表项中再根据所述输入字段的匹配比特值确定在相同区域中存放的位置； 

设N为所述对应表项的索引值，所述计算对应表项的索引值的公式是： 

N＝X/M+(S-1) 

其中X为所述表项的匹配比特值，M为模，S为所述表项的匹配比特长度。模M的取值为1024。 

本发明公开的网络处理器使用的建表和查表方法，把表项的bit位数作为一个值参与匹配，或者作为一个值参与hash计算，或者使匹配在同一bit长度的表项间进行，在变长表中减少比较次数，优化了网络处理器的表的结构，实现网络处理器表的存储和高效查找，简化查表过程，提高网络处理器的处理能力。 

附图说明

图1是本发明的用于网络处理器的建表方法和查表方法流程图。 

图2是本发明的网络处理器表的存储结构示意图。 

图3是本发明的一种表的存储结构实施例及其查表方法示意图。 

图4是本发明的网络处理器表的另一种存储结构示意图。 

图5是本发明的一种表的存储结构实施例及其查表方法示意图。 

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细说明。 

如图1所示是本发明的网络处理器使用的建表方法和查表方法流程图： 

首先建表，包括配置表项，即根据匹配比特的长度和匹配比特的值存储表项。 

在收到查表需求指令时，根据输入匹配数据计算对应的表项索引值。计算索引值可以采用完全映射算法，也可以使用部分映射算法，如Hash算法。 

根据所述表项索引值，判断表中是否存在对应的表项，当表中没有对应的表项时返回查表失败的标志结束本次查表，等待新的查表需求。 

如果表中存在对应的表项则进一步判断对应的表项是否唯一，如果对应的表项是唯一的，则进一步进行逐个比特比较，并判断匹配是否成功，匹配成功则返回查表成功的标志结束本次查表，等待新的查表需求；匹配不成功则返回查表失败的标志结束本次查表，等待新的查表需求。 

如果对应的表项不唯一，则将输入匹配数据与冲突项逐一进行逐个比特的比较，如果匹配不成功则返回查表失败的标志结束本次查表，等待新的查表需求；如果匹配成功则返回查表成功的标志结束本次查表，等待新的查表需求。 

如图2所示是本发明的网络处理器表的存储结构示意图，不同匹配长度的表项被分区域存放，图中所示最大匹配长度为16bit的表，不同的匹配长度的表项放在不同区域，图中显示了4bit、8bit和3bit匹配区域。 

图2中的Key用于表示一个索引值，key1、key2用于区别不同索引。对于匹配长度小于8的表项，以匹配比特值作为区域索引值对应存放，key值减1与区域index值对应，Index值就是索引值。比如4bit匹配区域中，0000、0001、 0010和0100存放位置与0、1、2和4对应。匹配长度为8或者大于8，按照表项的匹配比特值除以128进行hash映射，在8bit区域中，index5对应有两个表项，属于冲突项。所谓表项的匹配比特值就是匹配长度的bit位对应的数值，比如，011**的匹配值是011，对应十进制值为3。 

如图3所示是本发明的一种表的存储结构实施例及其查表方法示意图，图中所示的表的存储结构是图2所示的表的存储结构的实施例。下面以两个输入值分别为00000001********和00000101********为例，说明本发明的查表过程： 

1.根据输入匹配长度确定在表的8bit区域进行查找。 

2.按照映射算法，确定两个输入的hash值分别是1和5。这里使用的映射算法是按照表项的匹配比特值除以128进行hash映射。 

3.1对应有表项，且与输入匹配，查表成功返回。 

4.5有两个表项，逐个表项比较，查找成功返回。 

如图4所示是本发明的网络处理器表的另一种存储结构示意图，根据匹配长度和匹配值计算索引来存放表项。图中所示是最大匹配长度为16bit的表，根据匹配长度和匹配值顺序存放表项，同样匹配长度的表项集中存放，具有同样匹配长度的表项再根据匹配值的大小按照顺序存放。同样，在查表时根据匹配长度和匹配值的计算值来判断表项存放的位置。 

在本实施例中，按照以下hash函数计算表项存放位置： 

N＝X/M+(S-1) 

其中N为表项存放位置，X为表项匹配值，M为模，这里取M＝1024，S为匹配长度。由此函数算出的表项如图5所示，其中index23对应有三个表项，属于冲突表项。 

如图5所示是本发明的一种表的存储结构实施例及其查表方法示意图，图中所示是如图4所示的表的存储结构的实施例。下面以输入值001*************和10010**********为例，说明按照本发明查表的过程。 

当输入值是001*************时，对应的N等于3；X等于1；和S等于3。 

1.根据输入匹配长度和匹配值，分别计算输入字段的index值。经计算，两个输入值对应的index值分别是3和23。 

2.根据index值查表，图5中index值为3没有对应表项，返回失败。 

3.图5中index值为23对应有多个表项，逐个进行比较。经比较，表中没有与10010**********对应的项，查找失败返回。 

本发明公开的用于网络处理器的建表方法在配置表项时结合匹配长度来决定表项的存放位置，有两种方法处理： 

(1)以表项的匹配比特长度和匹配比特作为键值(Key)，计算出该表项的索引值，使用该索引值在表中的相应位置保存该表项，使用hash函数计算。 

(2)将同样匹配长度的表项放在同一区域，同一区域的表项索引通过某一算法计算得到，可以使用hash函数。 

在查表时，根据输入字段的匹配长度，与配置表项对应有两种方法查找： 

(1)根据查表输入的匹配长度和匹配比特，使用与配置表项相同的算法计算索引值，根据索引值查询表项。 

(2)先根据要查表的匹配长度，确定该表项在表中对应的区域，然后根据匹配比特值，计算索引值查找。 

下面再进一步具体描述本发明的用于网络处理器的建表和查表方法： 

第一步 

配置表项，根据要配置表项的匹配比特长度，以及匹配比特值确定表项的存放位置，具体有两种方法： 

(1)把不同匹配长度的表项放在表中不同区域，先根据匹配比特长度确定表项存放的区域，然后根据匹配比特值计算表项在该区域中存放位置，可以使用Hash函数计算。 

(2)直接利用索引值存放，根据匹配比特长度和匹配比特值，计算存放索 引值，在得到表项索引值后，在表中存储该表项。计算可以使用Hash函数 

第二步 

根据输入字段对表进行查询时，根据输入匹配长度，与表配置对应有两种查询方法： 

(1)根据查表输入的匹配长度值，确定该输入在表中对应的区域，然后，根据匹配比特值，计算在区域中的对应位置。 

(2)根据查表输入的匹配长度值和匹配比特值，利用与表项存放同一的计算方法，计算一个索引值； 

第三步 

用第二步中索引值到表中进行查找，如果表对应的索引值没有表项，则查找失败；否则第四步。 

第四步 

如果索引值对应唯一表项，且匹配一致，查找完成，否则转向第五步； 

第五步 

如果索引值对应多个表项，这几个表项与输入逐个进行匹配，如果匹配比特完全匹配，则查找完成，否则查找失败。 

Claims (8)

1.一种网络处理器使用的建表方法，用于配置表项，其特征在于，根据所述表项的匹配比特长度和匹配比特值计算所述表项的存放索引值，再根据所述存放索引值确定所述表项的存储区域。

2.如权1所述的建表方法，其特征在于，所述计算存放索引值的方法是使用部分映射算法，或者使用完全映射算法；或者使用Hash函数计算。

3.如权1所述的建表方法，其特征在于，所述根据所述存放索引值确定所述表项的存储区域包括：根据所述表项的匹配比特长度确定存放的区域，具有相同匹配比特长度的表项根据匹配比特值确定在相同区域中存放的位置。

4.如权2所述的建表方法，其特征在于，设N为所述表项的存放索引值，所述计算存放索引值的公式是：

N＝X/M+(S-1)

其中X为所述表项的匹配比特值，M为模，S为所述表项的匹配比特长度。

5.如权4所述的建表方法，其特征在于，模M的取值为1024。

6.一种网络处理器使用的查表方法，用于匹配表项，其特征在于，根据输入字段的匹配比特长度和匹配比特值计算对应表项的索引值，再根据所述对应表项的索引值在所述表的存储区域查找具有相同索引值的表项，所述输入字段与所述具有相同索引值的表项逐个进行匹配，如果存在完全匹配的所述表项，则返回查找完成，否则返回查找失败。

7.如权6所述的查表方法，其特征在于，所述计算对应表项的索引值的方法是使用部分映射算法，或者使用完全映射算法；或者使用Hash函数计算。

8.如权6所述的查表方法，其特征在于，

所述查找具有相同索引值的表项包括：根据所述输入字段的匹配比特长度确定所述表项的存放的区域，在相同匹配比特长度的表项中再根据所述输入字段的匹配比特值确定在相同区域中存放的位置。

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