CN101572647A - 一种数据查找的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种数据查找的方法，该方法包括：根据当前与搜索数据串匹配的节点的第二条目，查找是否有与所述搜索数据串匹配的子节点；当有与所述搜索数据串匹配的子节点时，以所述子节点为下一个与搜索数据串匹配的节点继续查找；当没有与所述搜索数据串匹配的子节点时，根据所述第二条目，查找对应的第一条目，得到所述搜索数据串的最长匹配前缀。及一种数据查找的装置，根据每个节点中的项数不同，采用一个或多个长度为L的数据结构表示每个节点，通过这种灵活的表示方式，提高内存的利用率，进一步的提高网络容量。

Description

一种数据查找的方法及装置

技术领域

本发明涉及通信领域，特别涉及一种数据查找的方法及装置。

背景技术

随着通信技术的发展和用户需求的增长，对网络的速度和容量的要求越来越高。为了提高网络的速度和容量，普遍方法是采用包交换技术，包交换技术主要是对包进行处理，在网络设备对包进行处理的过程中，需要对包的路由进行查找，对包的路由的查找速度直接影响到网络的速度和容量。路由查表进行最长前缀匹配(The Longest Prefix Match)，即路由器在转发网际协议(InternetProtocol，IP)报文时，根据IP地址找出最长匹配的前缀后，根据该前缀所对应的下一跳信息转发IP报文。

路由表通常存储在一个层状数据结构中，搜索沿层次向下进行。一般采用的层状数据结构是二叉树。基本的二叉树搜索一步检查一个比特，若相应的地址前缀最长为M，则树的深度为M。如果搜索一步检查K个比特，则树的深度可减少到M/K，这样树的内部节点包含的匹配项增加为二的K次幂，这样的树被称为二的K次幂树，进行路由查表时，在每个节点处检查的比特数为K，K被成为树的步宽。

图1所示为多比特树(Multi-Bit Trie)的结构示意图。在图1中，匹配项为P1＝*，P2＝1*，P3＝00*，P4＝101*，P5＝111*，P6＝1000*，P7＝11101*，P8＝111001*，P9＝1000011*。该树的步长为三，对于不足三比特的匹配项，将该匹配项展开至三比特，例如，P2＝1*，该匹配项不足三比特，则将该匹配项展开至三比特(100，101，110，111)。由于步长是三，因此每个节点包含二的三次幂项，也就是八项。在这八项中，每项包含两个内容，一个是该项的匹配项，另一个是该项的下一个节点的指针。

在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术中至少存在如下问题：

1、查找的步长受到系统硬件的限制，从而限制了查找的速度。

2、每个节点都要申请固定的大小，即使该节点只包含一个匹配项或不包含匹配项，这样在进行路由查表时，需要查找每个节点的每项，降低了查找速度，进而影响网络的速度；同时，每个节点都申请固定的大小，对内存资源造成浪费，并影响网络容量。

发明内容

本发明实施例在于提供数据查找的方法及装置，提高数据查找的速度，提高内存的利用率。

本发明实施例提供了一种数据查找的方法，用于查找最长匹配前缀，系统硬件支持的最大步长为N(N为自然数)，步长N对应的数据结构长度为L；

根据路由表构造步长为M(M为大于N的自然数)的查找树，所述查找树的每个节点包括第一条目和第二条目，所述第一条目用于表示所述数组的前缀节点，所述第二条目用于表示所述数组的子节点，所述第二条目包括指向所述第一条目的指针；

当所述节点的前缀节点中的项数不小于2^N/M时，所述第一条目采用二的M-N次幂个长度为L的数据结构表示，对应的第一条目的数据结构类型为第一类型；当所述节点的前缀节点中的项数小于2^N/M时，所述第一条目采用一个长度为L的数据结构表示，对应的第一条目的数据结构类型为第二类型；

当所述节点的子节点中的项数不小于2^N/M时，所述第二条目采用二的M-N次幂个长度为L的数据结构表示，对应的第二条目的数据结构类型为第一类型；当所述节点的子节点中的项数小于2^N/M时，所述第二条目采用一个长度为L的数据结构表示，对应的第二条目的数据结构类型为第二类型；

该方法包括：

根据当前与搜索数据串匹配的节点的第二条目，查找是否有与所述搜索数据串匹配的子节点；

当有与所述搜索数据串匹配的子节点时，以所述子节点为下一个与搜索数据串匹配的节点继续查找；

当没有与所述搜索数据串匹配的子节点时，根据所述第二条目，查找对应的第一条目，得到所述搜索数据串的最长匹配前缀。

本发明实施例还提供了一种数据查找的装置，用于查找最长匹配前缀，该装置硬件支持的最大步长为N(N为自然数)，步长N对应的数据结构长度为L；其特征在于，该装置包括：

存储单元，用于存储根据路由表构造的步长为M(M为大于N的自然数)的查找树，所述查找树的每个节点包括第一条目和第二条目，所述第一条目用于表示所述数组的前缀节点，所述第二条目用于表示所述数组的子节点，所述第二条目包括指向所述第一条目的指针；

当所述节点的前缀节点中的项数不小于2^N/M时，所述第一条目采用二的M-N次幂个长度为L的数据结构表示，对应的第一条目的数据结构类型为第一类型；当所述节点的前缀节点中的项数小于2^N/M时，所述第一条目采用一个长度为L的数据结构表示，对应的第一条目的数据结构类型为第二类型；

当所述节点的子节点中的项数不小于2^N/M时，所述第二条目采用二的M-N次幂个长度为L的数据结构表示，对应的第二条目的数据结构类型为第一类型；当所述节点的子节点中的项数小于2^N/M时，所述第二条目采用一个长度为L的数据结构表示，对应的第二条目的数据结构类型为第二类型；

查找单元，用于根据当前与搜索数据串匹配的节点的第二条目，查找所述存储单元中是否有与所述搜索数据串匹配的子节点；当有与所述搜索数据串匹配的子节点时，以所述子节点为下一个与搜索数据串匹配的节点继续查找；当没有与所述搜索数据串匹配的子节点时，根据所述第二条目，查找对应的第一条目，得到所述搜索数据串的最长匹配前缀。

采用本发明实施例的技术方案，在不改变系统硬件的前提下，采用现有技术中最大步长对应长度的数据结构表示更大步长的查找树，从而减少数据查找的级数，提高数据查找的速度。

现有技术采用固定长度数据结构表示每个节点，即使该节点只包含一个匹配项或不包含匹配项，本发明实施例根据每个节点中的项数不同，采用一个或多个长度为L的数据结构表示每个节点，通过这种灵活的表示方式，提高内存的利用率，进一步的提高网络容量。

附图说明

图1所示为多比特树的结构示意图；

图2所示为本发明实施例一中数据查找的方法的流程示意图；

图3所示为本发明实施例二中Child Node的结构示意图；

图4所示为本发明实施例二中Prefix Node的结构示意图；

图5所示为本发明实施例二中直接查找表的结构示意图；

图6所示为本发明实施例二中数据查找的方法的流程示意图；

图7所示为本发明实施例二中另一种Child Node的结构示意图；

图8所示为本发明实施例三中数据查找的装置的结构示意图。

具体实施方式

图2所示为本发明实施例一中数据查找的方法的流程示意图。

一种数据查找的方法，用于查找最长匹配前缀，系统硬件支持的最大步长为N(N为自然数)，步长N对应的数据结构长度为L。

201、根据路由表构造步长为M(M为大于N的自然数)的查找树。

构造的查找树的每个节点包括第一条目和第二条目，第一条目用于表示数组的前缀节点，第二条目用于表示数组的子节点，第二条目包括指向第一条目的指针；在本实施例中，约定第一条目的名称为Prefix Node，第二条目的名称为Child Node，此约定仅为了下文中描述技术方案方便起见，不能认为是对第一条目以及第二条目的限定。

当节点的前缀节点中的项数不小于2^N/M时，第一条目采用二的M-N次幂个长度为L的数据结构表示，对应的第一条目的数据结构类型为第一类型；当节点的前缀节点中的项数小于2^N/M时，第一条目采用一个长度为L的数据结构表示，对应的第一条目的数据结构类型为第二类型；在本实施例中，约定第一类型的名称为Segment，第二类型的名称为Compact，此约定仅为了下文中描述技术方案方便起见，不能认为是对第一类型以及第二类型的限定。

当节点的子节点中的项数不小于2^N/M时，第二条目采用二的M-N次幂个长度为L的数据结构表示，对应的第二条目的数据结构类型为第一类型；当节点的子节点中的项数小于2^N/M时，第二条目采用一个长度为L的数据结构表示，对应的第二条目的数据结构类型为第二类型；

202、根据当前与搜索数据串匹配的节点的第二条目，查找是否有与搜索数据串匹配的子节点。

搜索数据串为用于搜索最长匹配前缀的数据串，包括但不限于网络协议(IP)地址或者其他可用于查找路由的数据串。

对应当前与搜索数据串匹配的节点中的Child Node的两种类型，有如下两种方式查找：

类型为Segment：

1、根据搜索数据串中对应的索引字段，找到第二条目的二的M-N次幂个长度为L的数据结构中与搜索数据串对应的长度为L的数据结构。

类型为Segment的Child Node，包括二的M-N次幂个长度为L的数据结构，根据搜索数据串中对应的索引字段直接从中找到一个与搜索数据串对应的长度为L的数据结构，并针对该对应的长度的L的数据结构进行后续的查找操作，从而提高查找的速度。

2、在对应的长度为L的数据结构中，根据搜索数据串查找子节点位图。

类型为Segment的Child Node的子节点位图包括位置字段和类型字段，其中，约定位置字段的名称为Child Bitmap，类型字段的名称为Child Type，此约定仅为了下文中描述技术方案方便起见，不能认为是对类型为Segment的Child Node中位置字段以及类型字段的限定。

Child Bitmap用于表示对应的位置的子节点是否存在，Child Type用于表示对应的位置的子节点存在时，子节点的第二条目的数据结构类型是第一类型还是第二类型。

3、当子节点位图指示存在子树时，则有与搜索数据串匹配的子节点；当子节点位图指示不存在子树时，则没有与搜索数据串匹配的子节点。

类型为Compact：

1、在第二条目对应的长度为L的数据结构中，根据搜索数据串查找子节点位图。

类型为Compact的Child Node的子节点位图包括位置字段和类型字段，其中，约定位置字段的名称为Child i(i是子节点的个数)，类型字段的名称为Type，此约定仅为了下文中描述技术方案方便起见，不能认为是对类型为Compact的Child Node中位置字段以及类型字段的限定。

Child i用于记录存在子节点的位置，Type用于表示子节点的第二条目的数据结构类型是第一类型还是第二类型。

2、当子节点位图指示存在子树时，则有与搜索数据串匹配的子节点；当子节点位图指示不存在子树时，则没有与搜索数据串匹配的子节点。

203、当有与搜索数据串匹配的子节点时，以子节点为下一个与搜索数据串匹配的节点继续查找。

对应当前与搜索数据串匹配的节点中的Child Node的两种类型，以子节点为下一个与搜索数据串匹配的节点继续查找有如下两种方式：

类型为Segment：

根据子节点位图，读取对应的子节点，以对应的子节点为下一个与搜索数据串匹配的节点继续查找。

具体的可以包括：根据Child Bitmap和Child Type计算偏移地址，以ChildNode中的子节点数组指针(Child Array Pointer)作为基址，用基址+偏移地址的方式读取对应的子节点。

类型为Compact：

根据子节点位图，读取对应的子节点，以对应的子节点为下一个与搜索数据串匹配的节点继续查找。

具体的可以包括：将搜索数据串与Child i比较，如果存在相同项，则根据该相同项之前Child i的个数和相应的Type得到偏移地址，以Child Node中的Child Array Pointer作为基址，用基址+偏移地址的方式读取对应的子节点。

204、当没有与搜索数据串匹配的子节点时，根据第二条目，查找对应的第一条目，得到搜索数据串的最长匹配前缀。

根据第二条目，查找对应的第一条目的方式可以是：根据第二条目中指向第一条目的指针，读取对应的第一条目。约定第二条目中指向第一条目的指针名称为Prefix Type，Prefix Type用于表示对应的第一条目的数据结构类型为第一类型还是第二类型；此约定仅为了下文中描述技术方案方便起见，不能认为是对第二条目中指向第一条目的指针的限定。

具体的，对应当前与搜索数据串匹配的节点中的Child Node的两种类型，读取对应的第一条目可以有如下两种方式：

Child Node类型为Segment：

根据Child Bitmap和Child Type计算偏移地址，以Child Node中的ChildArray Pointer作为基址，根据Prefix Type，用基址+偏移地址的方式读取对应的第一条目。

Child Node类型为Compact：

根据Prefix Type，用Child Node中的Child Array Pointer作为基址，读取对应的第一条目。

对应当前与搜索数据串匹配的节点中的Prefix Node的两种类型，有如下两种方式得到搜索数据串的最长匹配前缀：

类型为Segment：

1、根据搜索数据串中对应的索引字段，找到第一条目的二的M-N次幂个长度为L的数据结构中与搜索数据串对应的长度为L的数据结构。

类型为Segment的Prefix Node，包括二的M-N次幂个长度为L的数据结构，根据搜索数据串中对应的索引字段直接从中找到一个与搜索数据串对应的长度为L的数据结构，并针对该对应的长度的L的数据结构进行后续的查找操作，从而提高查找的速度。

2、在对应的长度为L的数据结构中，根据搜索数据串查找前缀节点位图。

约定类型为Segment和Compact的Prefix Node中的前缀节点位图的名称为Prefix Code，Prefix Code用于表示前缀节点内前缀的编码；此约定仅为了下文中描述技术方案方便起见，不能认为是对前缀节点位图的限定。

3、当前缀节点位图指示存在前缀分布时，根据前缀分布得到搜索数据串的最长匹配前缀；当前缀节点位图指示不存在前缀分布时，以缺省下一跳索引作为搜索数据串的最长匹配前缀。

根据搜索数据串查找Prefix Code，如果存在前缀分布，则根据Prefix Code计算偏移地址，以Prefix Node中的结果数组指针(Result Array Pointer)作为基址，得到下一跳地址作为搜索数据串的最长匹配前缀。

如果不存在前缀分布，以缺省下一跳索引作为搜索数据串的最长匹配前缀。其中，缺省下一跳索引可以是Prefix Node中携带的，也可以是系统缺省的。

类型为Compact：

1、在第一条目对应的长度为L的数据结构中，根据搜索数据串查找前缀节点位图。

类型为Compact的Prefix Node中Prefix Code用于表示每一个前缀的地址范围，具体的，可以记录不同前缀的起始地址，并采用标志位字段表示该地址是起始还是结束，当路由表中对应的当前与搜索数据串匹配的节点的前缀节点中前缀连续时，前缀节点位图仅记录连续前缀的起始地址和结束地址，查找时无需读取中间前缀，进一步提高查找的速度。

2、当前缀节点位图指示存在前缀分布时，根据前缀分布得到搜索数据串的最长匹配前缀；当前缀节点位图指示不存在前缀分布时，以缺省下一跳索引作为搜索数据串的最长匹配前缀。

具体的可以包括：将搜索数据串与Prefix Code比较，看是否落在PrefixCode区间段之内，如果是，则表示存在前缀分布，根据Prefix Code计算偏移地址，以Prefix Node中的Result Array Pointer作为基址，得到下一跳地址作为搜索数据串的最长匹配前缀；如果不是，则表示不存在前缀分布，以缺省下一跳索引作为搜索数据串的最长匹配前缀。其中，缺省下一跳索引可以是PrefixNode中携带的，也可以是系统缺省的。

Prefix Code用于记录每一个前缀的地址范围，在Compact的数据结构中，记录的是不同前缀的起始地址，并包括标志位字段表示该地址是起始还是结束。根据所述前缀节点位图记录的前缀的地址范围，计算偏移地址，以结果数组指针为基址，得到所述搜索数据串的最长匹配前缀。当存在连续前缀时，Prefix Code记录该连续前缀的第一个前缀的起始地址和最后一个前缀的结束地址，而无需记录中间前缀的地址范围，节省了存储空间的同时，也提高了查找速度。

采用本实施例的技术方案，在不改变系统硬件的前提下，采用现有技术中最大步长对应长度的数据结构表示更大步长的查找树，从而减少数据查找的级数，提高数据查找的速度。

现有技术采用固定长度数据结构表示每个节点，即使该节点只包含一个匹配项或不包含匹配项，本发明实施例根据每个节点中的项数不同，采用一个或多个长度为L的数据结构表示每个节点，通过这种灵活的表示方式，提高内存的利用率，进一步的提高网络容量。

进一步的，当存在单一路径时，为了减少查找级数，提高查找速度，设置跳转标志位和跳转字段。当步长为M的查找树中存在单一路径时，在单一路径的第一级节点的第二条目中设置跳转标志位和跳转字段，跳转标志位用于表示存在单一路径，跳转字段用于表示单一路径的路径信息；该方法还可以包括：

当当前与搜索数据串匹配的节点的第二条目中包括跳转标志位时，根据跳转字段，读取单一路径的最后一级节点，以单一路径的最后一级节点作为与搜索数据串匹配的子节点。

实施例二是实施例一中数据查找的方法的具体应用。为便于技术方案的描述，本实施例沿用实施例一中的约定。

Child Node和Prefix Node均有Segment和Compact两种表示方式。因为有这两种表示方式，所以在查找过程当中就需要告知下一节点是采用何种表示方式，于是在相应的数据结构中设置相关表示字段。

图3所示为本发明实施例二中Child Node的结构示意图。

Segment的表示方式下，图3中示出的仅为一个长度为L的数据结构的结构示意图，其余长度为L的数据结构的结构相同。其中前缀类型(Prefix Type)表示本节点前缀是Segment还是Compact表示方式；继承最长前缀匹配(ParentLongest Prefix Match)表示上一级中到本节点的最长匹配前缀，其余长度为L的数据结构中，这个字段应该是相同的；子节点数组指针(Child Array Pointer)指向本节点的Prefix Node，Prefix Node后紧跟Child Node，连续存放的；ChildBitmap和Child Type表示的是对应位置的Child Node是否存在以及Segment/Compact表示方式。

Compact的表示方式下，与Segment的表示方式中的不同之处在于Child字段直接记录存在子节点的位置，Type字段为子节点的表示方式。

图4所示为本发明实施例二中Prefix Node的结构示意图。Segment和Compact两种表示方式下，每个长度为L的数据结构的结构相同。其中，缺省下一跳索引(Default Next Hop Index)表示从上一级Push下来的前缀，在Segment表示中，也有可能是同一级前几个长度为L的数据结构中下压的前缀；结果数组指针(Result Array Pointer)指向本节点内前缀对应下一跳存放的起始地址，偏移地址通过对Prefix Code解码得到。Prefix Code是对节点内前缀的编码，在Compact表示下，记录的是不同前缀的起始地址，另外还有标志位字段表示该地址起始还是结束。

图5所示为本发明实施例二中直接查找(DT)表的结构示意图。用于表示根节点的数据结构，包括子节点位图、子节点类型、下一跳索引和子节点指针，根节点不属于本发明实施例中限定的节点。

图6所示为本发明实施例二中数据查找的方法的流程示意图。其中，三角形表示的是查找树中的节点。

在本实施例中，搜索数据串为IP地址；系统硬件支持的最大步长为5(即N等于5)，M等于8，Segment方式下长度为L的数据结构的个数为8；IP地址中用于找到8个长度为L的数据结构中与IP地址对应的长度为L的数据结构的索引字段长度为3bit。

601、根据Table ID和待查IP的前9位数据在DT表中查找，可以得到NextHop Index以及Child Node的表示类型和入口地址，如果不存在Child Node直接返回Next Hop Index，查找结束；否则将Next Hop Index记录为缺省值，进入下一步。

602、取待查IP地址接下来的8bit，查找Child Type，根据表示方式读取相应的Child Node。

603、查找Parent Longest Prefix Match，如果存在修改缺省值为ParentLongest Prefix Match。

604、查找是否有子节点，如果没有子节点，直接跳到606；否则进入下一步。

605、查找Child Node节点，针对Segment和Compact表示有两种读取方式：

a)Compact：把8bit数据依次与Child i(本实施例中i等于8)比较，如果存在相同项则统计之前Child Node的个数以及相应的表示方式得到偏移地址，再以Child Array Pointer作为基址，根据相应的Child Type读取子节点中的ChildNode，跳到603；如果不存在相同项，则根据Prefix Type字段，再以Child ArrayPointer为基址，读取Prefix Node，跳到606。

b)Segment：以8bit数据中的前3位作为索引字段，从8个长度为L的数据结构中找到与IP地址对应的一个长度为L的数据结构；以8bit数据中的后5位来检查该对应的长度为L的数据结构中Child Bitmap是否存在子树，如果不存在，依据Child Bitmap和Child Type来计算偏移地址，再以Child ArrayPointer作为基址，读取相应的Prefix Node，跳到606；如果存在，则根据之前的Child Bitmap和Child Type，同样采取基址+偏移地址的方式读取Child Node，跳到603。

606、查找Prefix Node，也有两种读取方式：Segment和Compact。

a)Compact：将8bit数据依次与Prefix Code中记录的Prefix 1～8比较，看是否落在该区间段之内，如果是计算偏移地址，以ResultArray Pointer为基址，返回Next Hop地址，查找结束；否则进入下一步。

b)Segment：将8bit数据在Prefix Code查找，看是否存在前缀分布，如果存在则计算偏移地址，以ResultArray Pointer为基址，返回Next Hop地址，查找结束；否则进入下一步。

607、查找是否存在Default Next Hop Index，如果存在直接返回，查找结束；否则返回缺省值，查找结束。

图7所示为本发明实施例二中另一种Child Node的结构示意图。

为了在单一路径时进一步减少查找级数，提高查找速度，还可以在ChildNode中加入跳转标志位和跳转字段，跳转标志位用于表示存在单一路径，跳转字段用于表示所述单一路径的路径信息；在本实施例中约定跳转标志位的名称为Skip Flag，跳转字段的名称为Skipped，此约定仅为了下文中描述技术方案方便起见，不能认为是对跳转标志位以及跳转字段的限定。

在以上算法中，在605之前多一个Skip节点的判断：

先检查Skip Flag，如果存在单一路径的情况，根据Skip Flag的值，取待查IP数据接下来的8bit，将其与Skipped进行比较，如果不相同，则返回缺省值，查找结束；如果相同，再进入下一步。

图8所示为本发明实施例三中数据查找的装置的结构示意图。该数据查找的装置是用于执行实施例一中数据查找的方法的设备，可以独立设置，也可以设置在网络设备中。

一种数据查找的装置，用于查找最长匹配前缀，该装置硬件支持的最大步长为N(N为自然数)，步长N对应的数据结构长度为L；该装置可以包括：

存储单元801，用于存储根据路由表构造的步长为M(M为大于N的自然数)的查找树，所述查找树的每个节点包括第一条目和第二条目，所述第一条目用于表示所述数组的前缀节点，所述第二条目用于表示所述数组的子节点，所述第二条目包括指向所述第一条目的指针；

当所述节点的前缀节点中的项数不小于2^N/M时，所述第一条目采用二的M-N次幂个长度为L的数据结构表示，对应的第一条目的数据结构类型为第一类型；当所述节点的前缀节点中的项数小于2^N/M时，所述第一条目采用一个长度为L的数据结构表示，对应的第一条目的数据结构类型为第二类型；

当所述节点的子节点中的项数不小于2^N/M时，所述第二条目采用二的M-N次幂个长度为L的数据结构表示，对应的第二条目的数据结构类型为第一类型；当所述节点的子节点中的项数小于2^N/M时，所述第二条目采用一个长度为L的数据结构表示，对应的第二条目的数据结构类型为第二类型；

查找单元802，用于根据当前与搜索数据串匹配的节点的第二条目，查找所述存储单元中是否有与所述搜索数据串匹配的子节点；当有与所述搜索数据串匹配的子节点时，以所述子节点为下一个与搜索数据串匹配的节点继续查找；当没有与所述搜索数据串匹配的子节点时，根据所述第二条目，查找对应的第一条目，得到所述搜索数据串的最长匹配前缀。

进一步的，当所述第二条目对应的数据结构类型为第一类型时，所述查找单元可以包括：

第一子单元，用于根据所述搜索数据串中对应的索引字段，在所述存储单元中找到所述第二条目的二的M-N次幂个长度为L的数据结构中与所述搜索数据串对应的长度为L的数据结构；

第二子单元，用于在所述第一子单元找到的对应的长度为L的数据结构中，根据所述搜索数据串查找子节点位图；当所述子节点位图指示存在子树时，则有与所述搜索数据串匹配的子节点；当所述子节点位图指示不存在子树时，则没有与所述搜索数据串匹配的子节点。

进一步的，当所述第二条目对应的数据结构类型为第二类型时，所述查找单元可以包括：

第三子单元，用于在所述存储单元存储的第二条目对应的长度为L的数据结构中，根据所述搜索数据串查找子节点位图；当所述子节点位图指示存在子树时，则有与所述搜索数据串匹配的子节点；当所述子节点位图指示不存在子树时，则没有与所述搜索数据串匹配的子节点。

进一步的，当没有与所述搜索数据串匹配的子节点时，所述查找单元可以包括：

第四子单元，用于根据所述存储单元存储的第二条目中指向所述第一条目的指针，读取对应的第一条目，得到所述搜索数据串的最长匹配前缀。

进一步的，当所述第一条目对应的数据结构类型为第一类型时，所述第四子单元可以包括：

第一模块，用于根据所述搜索数据串中对应的索引字段，在所述存储单元中找到所述第一条目的二的M-N次幂个长度为L的数据结构中与所述搜索数据串对应的长度为L的数据结构；

第二模块，用于在所述第一模块找到的对应的长度为L的数据结构中，根据所述搜索数据串查找前缀节点位图；当所述前缀节点位图指示存在前缀分布时，根据所述前缀分布得到所述搜索数据串的最长匹配前缀；当所述前缀节点位图指示不存在前缀分布时，以缺省下一跳索引作为所述搜索数据串的最长匹配前缀。

进一步的，当所述存储单元存储的路由表中对应的当前与搜索数据串匹配的节点的前缀节点中前缀连续时，所述前缀节点位图仅记录连续前缀的起始地址和结束地址，所述第二模块可以包括：

第一子模块，用于根据所述第一模块找到的对应的长度为L的数据结构中的前缀节点位图记录的前缀地址和/或连续前缀的起始地址和结束地址，计算偏移地址；

第二子模块，用于以所述第一子模块计算得到的偏移地址，并且以所述第一模块找到的对应的长度为L的数据结构中的结果数组指针为基址，得到所述搜索数据串的最长匹配前缀。

进一步的，当所述第一条目对应的数据结构类型为第二类型时，所述第四子单元可以包括：

第三模块，用于在所述存储单元存储的第一条目对应的长度为L的数据结构中，根据所述搜索数据串查找前缀节点位图；

第四模块，用于当所述第三模块查找到的前缀节点位图指示存在前缀分布时，根据所述前缀分布得到所述搜索数据串的最长匹配前缀；当所述前缀节点位图指示不存在前缀分布时，以缺省下一跳索引作为所述搜索数据串的最长匹配前缀。

进一步的，所述前缀节点位图用于表示前缀的地址范围，所述第四模块可以包括：

第三子模块，用于根据所述前缀节点位图记录的前缀的地址范围，计算偏移地址；

第四子模块，用于以所述第三子模块计算得到的偏移地址，并且以所述第三模块找到的对应的长度为L的数据结构中的结果数组指针为基址，得到所述搜索数据串的最长匹配前缀。

进一步的，当所述存储单元存储的步长为M的查找树中存在单一路径时，在所述单一路径的第一级节点的第二条目中设置跳转标志位和跳转字段，所述跳转标志位用于表示存在单一路径，所述跳转字段用于表示所述单一路径的路径信息；该装置还可以包括：

跳转单元，用于当所述存储单元存储的当前与搜索数据串匹配的节点的第二条目中包括跳转标志位时，控制所述查找单元根据所述跳转字段，读取所述单一路径的最后一级节点，以所述单一路径的最后一级节点作为与所述搜索数据串匹配的子节点。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明可借助软件加必需的硬件平台的方式来实现，当然也可以全部通过硬件来实施。基于这样的理解，本发明的技术方案对背景技术做出贡献的全部或者部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

以上所述仅是本发明的具体实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (18)

1、一种数据查找的方法，用于查找最长匹配前缀，系统硬件支持的最大步长为N(N为自然数)，步长N对应的数据结构长度为L；其特征在于，

根据路由表构造步长为M(M为大于N的自然数)的查找树，所述查找树的每个节点包括第一条目和第二条目，所述第一条目用于表示所述数组的前缀节点，所述第二条目用于表示所述数组的子节点，所述第二条目包括指向所述第一条目的指针；

当所述节点的前缀节点中的项数不小于2^N/M时，所述第一条目采用二的M-N次幂个长度为L的数据结构表示，对应的第一条目的数据结构类型为第一类型；当所述节点的前缀节点中的项数小于2^N/M时，所述第一条目采用一个长度为L的数据结构表示，对应的第一条目的数据结构类型为第二类型；

当所述节点的子节点中的项数不小于2^N/M时，所述第二条目采用二的M-N次幂个长度为L的数据结构表示，对应的第二条目的数据结构类型为第一类型；当所述节点的子节点中的项数小于2^N/M时，所述第二条目采用一个长度为L的数据结构表示，对应的第二条目的数据结构类型为第二类型；

该方法包括：

根据当前与搜索数据串匹配的节点的第二条目，查找是否有与所述搜索数据串匹配的子节点；

当有与所述搜索数据串匹配的子节点时，以所述子节点为下一个与搜索数据串匹配的节点继续查找；

当没有与所述搜索数据串匹配的子节点时，根据所述第二条目，查找对应的第一条目，得到所述搜索数据串的最长匹配前缀。

2、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据当前与搜索数据串匹配的节点的第二条目，查找是否有与所述搜索数据串匹配的子节点包括：

当所述第二条目对应的数据结构类型为第一类型时，根据所述搜索数据串中对应的索引字段，找到所述第二条目的二的M-N次幂个长度为L的数据结构中与所述搜索数据串对应的长度为L的数据结构；

在所述对应的长度为L的数据结构中，根据所述搜索数据串查找子节点位图；

当所述子节点位图指示存在子树时，则有与所述搜索数据串匹配的子节点；当所述子节点位图指示不存在子树时，则没有与所述搜索数据串匹配的子节点。

3、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据当前与搜索数据串匹配的节点的第二条目，查找是否有与所述搜索数据串匹配的子节点包括：

当所述第二条目对应的数据结构类型为第二类型时，在第二条目对应的长度为L的数据结构中，根据所述搜索数据串查找子节点位图；

当所述子节点位图指示存在子树时，则有与所述搜索数据串匹配的子节点；当所述子节点位图指示不存在子树时，则没有与所述搜索数据串匹配的子节点。

4、根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于，所述当有与所述搜索数据串匹配的子节点时，以所述子节点为下一个与搜索数据串匹配的节点继续查找包括：

根据所述子节点位图，读取对应的子节点，以所述对应的子节点为下一个与搜索数据串匹配的节点继续查找。

5、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述第二条目，查找对应的第一条目，得到所述搜索数据串的最长匹配前缀包括：

根据所述第二条目中指向所述第一条目的指针，读取对应的第一条目，得到所述搜索数据串的最长匹配前缀。

6、根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述读取对应的第一条目，得到所述搜索数据串的最长匹配前缀包括：

当所述第一条目对应的数据结构类型为第一类型时，根据所述搜索数据串中对应的索引字段，找到所述第一条目的二的M-N次幂个长度为L的数据结构中与所述搜索数据串对应的长度为L的数据结构；

在所述对应的长度为L的数据结构中，根据所述搜索数据串查找前缀节点位图；

当所述前缀节点位图指示存在前缀分布时，根据所述前缀分布得到所述搜索数据串的最长匹配前缀；当所述前缀节点位图指示不存在前缀分布时，以缺省下一跳索引作为所述搜索数据串的最长匹配前缀。

7、根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述读取对应的第一条目，得到所述搜索数据串的最长匹配前缀包括：

当所述第一条目对应的数据结构类型为第二类型时，在第一条目对应的长度为L的数据结构中，根据所述搜索数据串查找前缀节点位图；

当所述前缀节点位图指示存在前缀分布时，根据所述前缀分布得到所述搜索数据串的最长匹配前缀；当所述前缀节点位图指示不存在前缀分布时，以缺省下一跳索引作为所述搜索数据串的最长匹配前缀。

8、根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述前缀节点位图用于表示前缀的地址范围，所述根据所述前缀分布得到所述搜索数据串的最长匹配前缀包括：

根据所述前缀节点位图记录的前缀的地址范围，计算偏移地址，以结果数组指针为基址，得到所述搜索数据串的最长匹配前缀。

9、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当所述步长为M的查找树中存在单一路径时，在所述单一路径的第一级节点的第二条目中设置跳转标志位和跳转字段，所述跳转标志位用于表示存在单一路径，所述跳转字段用于表示所述单一路径的路径信息；该方法还包括：

当所述当前与搜索数据串匹配的节点的第二条目中包括跳转标志位时，根据所述跳转字段，读取所述单一路径的最后一级节点，以所述单一路径的最后一级节点作为与所述搜索数据串匹配的子节点。

10、一种数据查找的装置，用于查找最长匹配前缀，该装置硬件支持的最大步长为N(N为自然数)，步长N对应的数据结构长度为L；其特征在于，该装置包括：

存储单元，用于存储根据路由表构造的步长为M(M为大于N的自然数)的查找树，所述查找树的每个节点包括第一条目和第二条目，所述第一条目用于表示所述数组的前缀节点，所述第二条目用于表示所述数组的子节点，所述第二条目包括指向所述第一条目的指针；

当所述节点的前缀节点中的项数不小于2^N/M时，所述第一条目采用二的M-N次幂个长度为L的数据结构表示，对应的第一条目的数据结构类型为第一类型；当所述节点的前缀节点中的项数小于2^N/M时，所述第一条目采用一个长度为L的数据结构表示，对应的第一条目的数据结构类型为第二类型；

当所述节点的子节点中的项数不小于2^N/M时，所述第二条目采用二的M-N次幂个长度为L的数据结构表示，对应的第二条目的数据结构类型为第一类型；当所述节点的子节点中的项数小于2^N/M时，所述第二条目采用一个长度为L的数据结构表示，对应的第二条目的数据结构类型为第二类型；

查找单元，用于根据当前与搜索数据串匹配的节点的第二条目，查找所述存储单元中是否有与所述搜索数据串匹配的子节点；当有与所述搜索数据串匹配的子节点时，以所述子节点为下一个与搜索数据串匹配的节点继续查找；当没有与所述搜索数据串匹配的子节点时，根据所述第二条目，查找对应的第一条目，得到所述搜索数据串的最长匹配前缀。

11、根据权利要求10所述的装置，其特征在于，当所述第二条目对应的数据结构类型为第一类型时，所述查找单元包括：

第一子单元，用于根据所述搜索数据串中对应的索引字段，在所述存储单元中找到所述第二条目的二的M-N次幂个长度为L的数据结构中与所述搜索数据串对应的长度为L的数据结构；

第二子单元，用于在所述第一子单元找到的对应的长度为L的数据结构中，根据所述搜索数据串查找子节点位图；当所述子节点位图指示存在子树时，则有与所述搜索数据串匹配的子节点；当所述子节点位图指示不存在子树时，则没有与所述搜索数据串匹配的子节点。

12、根据权利要求10所述的装置，其特征在于，当所述第二条目对应的数据结构类型为第二类型时，所述查找单元包括：

第三子单元，用于在所述存储单元存储的第二条目对应的长度为L的数据结构中，根据所述搜索数据串查找子节点位图；当所述子节点位图指示存在子树时，则有与所述搜索数据串匹配的子节点；当所述子节点位图指示不存在子树时，则没有与所述搜索数据串匹配的子节点。

13、根据权利要求10所述的装置，其特征在于，当没有与所述搜索数据串匹配的子节点时，所述查找单元包括：

第四子单元，用于根据所述存储单元存储的第二条目中指向所述第一条目的指针，读取对应的第一条目，得到所述搜索数据串的最长匹配前缀。

14、根据权利要求13所述的装置，其特征在于，当所述第一条目对应的数据结构类型为第一类型时，所述第四子单元包括：

第一模块，用于根据所述搜索数据串中对应的索引字段，在所述存储单元中找到所述第一条目的二的M-N次幂个长度为L的数据结构中与所述搜索数据串对应的长度为L的数据结构；

第二模块，用于在所述第一模块找到的对应的长度为L的数据结构中，根据所述搜索数据串查找前缀节点位图；当所述前缀节点位图指示存在前缀分布时，根据所述前缀分布得到所述搜索数据串的最长匹配前缀；当所述前缀节点位图指示不存在前缀分布时，以缺省下一跳索引作为所述搜索数据串的最长匹配前缀。

15、根据权利要求14所述的装置，其特征在于，当所述存储单元存储的路由表中对应的当前与搜索数据串匹配的节点的前缀节点中前缀连续时，所述前缀节点位图仅记录连续前缀的起始地址和结束地址，所述第二模块包括：

第一子模块，用于根据所述第一模块找到的对应的长度为L的数据结构中的前缀节点位图记录的前缀地址和/或连续前缀的起始地址和结束地址，计算偏移地址；

第二子模块，用于以所述第一子模块计算得到的偏移地址，并且以所述第一模块找到的对应的长度为L的数据结构中的结果数组指针为基址，得到所述搜索数据串的最长匹配前缀。

16、根据权利要求13所述的装置，其特征在于，当所述第一条目对应的数据结构类型为第二类型时，所述第四子单元包括：

第三模块，用于在所述存储单元存储的第一条目对应的长度为L的数据结构中，根据所述搜索数据串查找前缀节点位图；

第四模块，用于当所述第三模块查找到的前缀节点位图指示存在前缀分布时，根据所述前缀分布得到所述搜索数据串的最长匹配前缀；当所述前缀节点位图指示不存在前缀分布时，以缺省下一跳索引作为所述搜索数据串的最长匹配前缀。

17、根据权利要求16所述的装置，其特征在于，所述前缀节点位图用于表示前缀的地址范围，所述第四模块包括：

第三子模块，用于根据所述前缀节点位图记录的前缀的地址范围，计算偏移地址；

第四子模块，用于以所述第三子模块计算得到的偏移地址，并且以所述第三模块找到的对应的长度为L的数据结构中的结果数组指针为基址，得到所述搜索数据串的最长匹配前缀。

18、根据权利要求10所述的装置，其特征在于，当所述存储单元存储的步长为M的查找树中存在单一路径时，在所述单一路径的第一级节点的第二条目中设置跳转标志位和跳转字段，所述跳转标志位用于表示存在单一路径，所述跳转字段用于表示所述单一路径的路径信息；该装置还包括：

跳转单元，用于当所述存储单元存储的当前与搜索数据串匹配的节点的第二条目中包括跳转标志位时，控制所述查找单元根据所述跳转字段，读取所述单一路径的最后一级节点，以所述单一路径的最后一级节点作为与所述搜索数据串匹配的子节点。

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