CN101741737A - 路由表的维护方法与装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种路由表的维护方法，包括：待添加的主机路由与主机路由表中路由的哈希Hash值冲突时，将所述待添加的主机路由添加到三态内容寻址存储器TCAM中。本发明同时公开了一种路由表的维护装置，包括确定单元和添加单元，其中，确定单元，用于确定待添加的主机路由与主机路由表中路由的哈希Hash值是否冲突，冲突时触发添加单元；添加单元，用于将所述待添加的主机路由添加到TCAM中。本发明的路由表维护方法即解决了主机路由之间的Hash冲突问题，也大大提高了路由查找效率。

Description

路由表的维护方法与装置
技术领域
本发明涉及路由表的维护技术，尤其涉及一种基于三态内容寻址存储器(TCAM，Ternary Content Addressable Memory)的路由表的维护方法与装置。
背景技术
随着Internet的迅速普及，以及路由器、路由交换机技术的迅速发展，路由查找技术一度成为制约网络性能提高的主要瓶颈。路由交换机中的交换芯片对于主机路由表查找方式一般采用哈希(Hash)查找，而对于子网路由表一般是通过TCAM并行查找，从而解决了在路由查找效率较低的问题。
基于TCAM的路由查找是目前较流行的一种高速路由查找技术，TCAM查找具有速度快、操作简单的优点，但同时它也具有较为明显的缺点：成本高、功耗大、算法复杂(涉及到TCAM路由项的移动，需保证最长匹配的子网路由在TCAM的前面)。而且实际使用中子网路由数目比主机路由数目少，所以一般交换芯片内部支持的子网路由相对少，而主机路由数目比较多。即使主机路由有32K个，但Hash冲突问题依然很严重。如何实现路由表的维护，对于路由查找及解决路由Hash冲突都很重要。目前的路由维护方法中不能同时保证路由查找效率并解决路由Hash冲突问题。
发明内容
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种路由表的维护方法与装置，能避免路由表中Hash冲突问题，并能保证路由查找效率。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种路由表的维护方法，所述方法包括：
待添加的主机路由与主机路由表中路由的哈希Hash值冲突时，将所述待添加的主机路由添加到三态内容寻址存储器TCAM中。
优选地，所述方法还包括：
所述TCAM存放主机路由及子网路由时，主机路由和子网路由分别占用不同的TCAM资源段。
优选地，将所述待添加的主机路由添加到所述TCAM中，具体为：
判断所述TCAM中是否存在空闲资源，存在时进一步判断所述TCAM中的各主机路由之间、或所述TCAM中最后一个主机路由与第一个子网路由之间是否存在空闲资源，若存在空闲资源则将所述待添加的主机路由添加到所述TCAM中的首个空闲资源中；若所述TCAM中的各主机路由之间、或所述TCAM中最后一个主机路由与第一个子网路由之间均不存在空闲资源，则将所述TCAM中的子网路由由所述TCAM的最后一个TCAM资源起依次存放，存放完毕后将所述待添加的主机路由添加到所述TCAM中的首个空闲资源中。
优选地，所述将所述TCAM中的子网路由由所述TCAM的最后一个TCAM资源起依次存放，包括：
按子网路由前缀对各子网路由进行排序，子网路由前缀越长，在所述TCAM中的存放位置越靠前；
前缀相同的子网路由，匹配长度越长的在所述TCAM中的存放位置越靠前。
优选地，所述方法还包括：
添加子网路由时，判断所述TCAM中是否存在空闲资源，存在时进一步判断所述TCAM中的各子网路由之间、或所述TCAM中最后一个主机路由与第一个子网路由之间是否存在空闲资源，若存在空闲资源则将所述待添加的子网路由添加到所述TCAM中的首个空闲资源中；若所述TCAM中的各主机路由之间、或所述TCAM中最后一个主机路由与第一个子网路由之间均不存在空闲资源，则将所述TCAM中的主机路由由所述TCAM的第一个TCAM资源起依次存放，存放完毕后将所述待添加的子网路由添加到所述TCAM中的首个空闲资源中。
一种路由表的维护装置，包括确定单元和添加单元，其中：
确定单元，用于确定待添加的主机路由与主机路由表中路由的哈希Hash值是否冲突，冲突时触发添加单元；
添加单元，用于将所述待添加的主机路由添加到TCAM中。
优选地，所述TCAM存放主机路由及子网路由时，主机路由和子网路由分别占用不同的TCAM资源段。
优选地，所述装置还包括第一判断单元、第二判断单元和第一整理单元，其中：
第一判断单元，用于判断所述TCAM中是否存在空闲资源，存在时触发第二判断单元；
第二判断单元，用于判断所述TCAM中的各主机路由之间、或所述TCAM中最后一个主机路由与第一个子网路由之间是否存在空闲资源，若存在空闲资源则触发所述添加单元，将所述待添加的主机路由添加到所述TCAM中的首个空闲资源中；若所述TCAM中的各主机路由之间、或所述TCAM中最后一个主机路由与第一个子网路由之间均不存在空闲资源，则触发第一整理单元；
第一整理单元，用于将所述TCAM中的子网路由由所述TCAM的最后一个TCAM资源起依次存放，存放完毕后触发所述添加单元，将所述待添加的主机路由添加到所述TCAM中的首个空闲资源中。
优选地，所述第一整理单元按子网路由前缀对各子网路由进行排序，子网路由前缀越长，在所述TCAM中的存放位置越靠前；前缀相同的子网路由，匹配长度越长的在所述TCAM中的存放位置越靠前。
优选地，所述装置还包括第三判断单元、第四判断单元和第二整理单元，其中：
第三判断单元，用于在添加子网路由时，判断所述TCAM中是否存在空闲资源，存在时触发第四判断单元；
第四判断单元，用于判断所述TCAM中的各子网路由之间、或所述TCAM中最后一个主机路由与第一个子网路由之间是否存在空闲资源，若存在空闲资源则触发所述添加单元，将所述待添加的子网路由添加到所述TCAM中的首个空闲资源中；若所述TCAM中的各主机路由之间、或所述TCAM中最后一个主机路由与第一个子网路由之间均不存在空闲资源，则触发第二整理单元；
第二整理单元，用于将所述TCAM中的主机路由由所述TCAM的第一个TCAM资源起依次存放，存放完毕后触发所述添加单元，将所述待添加的子网路由添加到所述TCAM中的首个空闲资源中。
本发明中，当待添加主机路由与当前主机路由表中的某路由存在Hash冲突时，将该待添加主机路由添加到TCAM中，从而解决了主机路由之间的Hash冲突问题。这样，对于主机路由来说，通过Hash值即可实现对主机路由的查找，对于子网路由来说，进行TCAM并行查找即可。本发明的路由表维护方法即解决了主机路由之间的Hash冲突问题，也大大提高了路由查找效率。
附图说明
图1为本发明主机路由添加方法的流程图；
图2为在图1基础上的子网路由添加方法的流程图；
图3为TCAM中路由添加示意图；
图4为本发明路由表的维护装置的组成结构示意图。
具体实施方式
本发明的基本思想是：当待添加主机路由与当前主机路由表中的某路由存在Hash冲突时，将该待添加主机路由添加到TCAM中，从而解决了主机路由之间的Hash冲突问题。这样，对于主机路由来说，通过Hash值即可实现对主机路由的查找，对于子网路由来说，进行TCAM并行查找即可。本发明的路由表维护方法即解决了主机路由之间的Hash冲突问题，也大大提高了路由查找效率。
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下举实施例并参照附图，对本发明进一步详细说明。
图1为本发明主机路由添加方法的流程图，如图1所示，本示例的主机路由添加方法包括以下步骤：
步骤101：在路由表中添加主机路由时，判断该待添加主机路由与底层主机路由表中的路由是否有Hash冲突，如果没有Hash冲突，那么将该待添加的主机路由直接添加到路由表中的主机路由表中，无须执行后续步骤；如果主机路由表返回Hash冲突，则执行步骤102；
步骤102：判断TCAM中是否存在未使用的TCAM资源，即判断TCAM中是否存在空路由项，如果当前TCAM资源中没有空闲资源可用，则执行步骤103，如果当前TCAM资源中仍有空闲资源可用，则执行步骤104；
步骤103：主机路由添加失败，主机路由Hash冲突，而且TCAM中无资源存放主机路由。结束当前处理流程。
步骤104：判断TCAM中的主机路由占用的最后一个TCAM资源和子网路由占用的第一个TCAM资源之间是否有空闲TCAM资源，或判断TCAM中的主机路由所占用的TCAM资源之间是否有空闲TCAM资源，两个条件有一个条件成立则执行步骤106，否则执行步骤105。
步骤105：对TCAM资源进行整理，消除TCAM资源中子网路由中的空闲TCAM资源，保证所有子网路由TCAM的最后一个TCAM资源开始连续占用TCAM资源，并保证对于前缀相同的子网路由保证最长匹配的子网路由存放在TCAM中的较前位置，对TCAM资源整理后执行步骤106。
步骤106：主机路由Hash冲突，而且TCAM中有空闲资源可用，从TCAM中首个路由项往后查找到第一个空闲TCAM资源，将待添加的主机路由写入该空闲TCAM资源(掩码要写成255.255.255.255)，主机路由添加成功，结束当前处理流程。
图2为在图1基础上的子网路由添加方法的流程图，如图2所示，本示例的子网路由添加方法包括以下步骤：
步骤201：判断TCAM中是否存在未使用TCAM资源，如果当前TCAM资源中没有空闲资源可用，则执行步骤202，如果当前TCAM资源中有空闲资源可用，则执行步骤203；
步骤202：子网路由添加失败，结束当前处理流程。
步骤203：判断主机路由占用的最后一个TCAM资源和子网路由占用的第一个TCAM资源之间是否有空闲TCAM资源，或判断子网路由占用的TCAM资源之间是否有空闲TCAM资源，两个条件有一个条件成立则执行步骤205，否则执行步骤204。
步骤204：对TCAM资源进行整理，消除TCAM中主机路由中空闲TCAM资源，并且保证所有主机路由从TCAM的第一个TCAM资源开始连续占用TCAM资源，对TCAM资源整理后执行步骤205。
步骤205：从TCAM中首个路由项往后查找到第一个空闲TCAM资源，将待添加的子网路由写入该空闲TCAM资源，子网路由添加成功，结束当前处理流程。
以下通过具体的示例再次阐述本发明技术方案的实质。
图3为TCAM中路由添加示意图，如图3所示，假设交换机主机路由表有16K，路由查找方式为使用Hash值查找，子网路由表有8(仅仅为了方便描述)，使用TCAM并行查找方式查找。假设当前有1条主机路由192.168.64.1需要添加，还有一条子网路由192.168.16.0/20需要添加。假设主机路由192.168.0.1已添加到主机路由表中，TCAM资源使用情况是，TCAM资源1、2、3、4被其它主机路由(192.168.1.1-4)占用，TCAM资源5、8被其它子网路由(192.168.2.0/24，192.168.0.0/16)占用。
添加主机路由192.168.64.1时，发现与当前主机路由表中的主机路由192.168.0.1之间Hash冲突，所以此主机路由(192.168.64.1)只能存放到子网路由的TCAM资源中。由于当前的TCAM中已使用了6个TCAM资源，其总的TCAM资源为8，所以可以添加路由。
如图3所示，主机路由由于Hash冲突写到TCAM中，由于TCAM中已有的4条主机路由，且该4条主机路由之间没有TCAM空闲资源，而且主机路由在TCAM中占用的TCAM资源为前4个，子网路由在TCAM中占用的第一条资源为5，TCAM资源4和5之间没有空闲TCAM资源，所以需要进行TCAM整理。
对TCAM中的TCAM资源进行整理，即按子网路由前缀对各子网路由进行排序，子网路由前缀越长，在所述TCAM中的存放位置越靠前；前缀相同的子网路由，匹配长度越长的在所述TCAM中的存放位置越靠前。整理后TCAM资源使用情况为TCAM资源1、2、3、4被其它主机路由占用(192.168.1.1-4占用TCAM资源的方式没有改变)，TCAM 7、8被其它子网路由(192.168.2.0/24，192.168.0.0/16)占用。
从TCAM资源1开始查找空闲TCAM资源，发现TCAM资源5空闲，在TCAM资源5中写入主机路由192.168.64.1。
添加后TCAM的使用情况为：TCAM资源1、2、3、4被其它主机路由(192.168.1.1-4)占用，TCAM资源5被主机路由192.168.64.1占用，TCAM资源7、8被其它子网路由(192.168.2.0/24，192.168.0.0/16)占用，TCAM资源6是空闲资源。
TCAM中TCAM资源使用了7，而总资源为8，所以剩余资源1，可以添加192.168.16.0/20。此时，主机路由占用的TCAM资源与子网路由占用的TCAM资源间存在空闲TCAM资源6，所以子网路由192.168.16.0/20添加到TCAM资源6。
由于在TCAM资源中192开头的子网路由现在有3个，那么需要进行排序保证最长匹配的子网路由在TCAM的前面，那么排序后的TCAM使用情况为：TCAM 1、2、3、4被其它主机路由(192.168.1.1-4)占用，TCAM 5被主机路由192.168.64.1占用，TCAM资源6、7、8被其它子网路由(192.168.2.0/24，192.168.16.0/20，192.168.0.0/16)占用，如图3所示。
图4为本发明路由表的维护装置的组成结构示意图，如图4所示，本发明路由表的维护装置包括确定单元40和添加单元41，其中，确定单元40用于确定待添加的主机路由与主机路由表中路由的哈希Hash值是否冲突，冲突时触发添加单元41；添加单元41用于将所述待添加的主机路由添加到TCAM中。
上述TCAM存放主机路由及子网路由时，主机路由和子网路由分别占用不同的TCAM资源段。
如图4所示，本发明路由表的维护装置还包括第一判断单元42、第二判断单元43和第一整理单元44，其中，第一判断单元42用于判断所述TCAM中是否存在空闲资源，存在时触发第二判断单元43；第二判断单元43用于判断所述TCAM中的各主机路由之间、或所述TCAM中最后一个主机路由与第一个子网路由之间是否存在空闲资源，若存在空闲资源则触发添加单元41，将所述待添加的主机路由添加到所述TCAM中的首个空闲资源中；若所述TCAM中的各主机路由之间、或所述TCAM中最后一个主机路由与第一个子网路由之间均不存在空闲资源，则触发第一整理单元44；第一整理单元44用于将所述TCAM中的子网路由由所述TCAM的最后一个TCAM资源起依次存放，存放完毕后触发添加单元41，将所述待添加的主机路由添加到所述TCAM中的首个空闲资源中。其中，第一整理单元44按子网路由前缀对各子网路由进行排序，子网路由前缀越长，在所述TCAM中的存放位置越靠前；前缀相同的子网路由，匹配长度越长的在所述TCAM中的存放位置越靠前。
如图4所示，本发明路由表的维护装置还包括第三判断单元45、第四判断单元46和第二整理单元47，其中，第三判断单元45用于在添加子网路由时，判断所述TCAM中是否存在空闲资源，存在时触发第四判断单元46；第四判断单元46用于判断所述TCAM中的各子网路由之间、或所述TCAM中最后一个主机路由与第一个子网路由之间是否存在空闲资源，若存在空闲资源则触发添加单元41，将所述待添加的子网路由添加到所述TCAM中的首个空闲资源中；若所述TCAM中的各主机路由之间、或所述TCAM中最后一个主机路由与第一个子网路由之间均不存在空闲资源，则触发第二整理单元47；第二整理单元，用于将所述TCAM中的主机路由由所述TCAM的第一个TCAM资源起依次存放，存放完毕后触发添加单元41，将所述待添加的子网路由添加到所述TCAM中的首个空闲资源中。
本领域技术人员应当理解，图4所示的路由表的维护装置是为实现前述的路由表的维护方法而设计的，图4所示的系统中各处理单元的功能可参照前述方法的描述而理解，各处理单元的功能可通过运行于处理器上的程序而实现，也可通过具体的逻辑电路而实现。本领域技术人员应当理解，除确定单元40和添加单元41外，其余各处理单元均非实现本发明基本技术方案的必要技术特征。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种路由表的维护方法，其特征在于，包括：
待添加的主机路由与主机路由表中路由的哈希Hash值冲突时，将所述待添加的主机路由添加到三态内容寻址存储器TCAM中。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
所述TCAM存放主机路由及子网路由时，主机路由和子网路由分别占用不同的TCAM资源段。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，将所述待添加的主机路由添加到所述TCAM中，具体为：
判断所述TCAM中是否存在空闲资源，存在时进一步判断所述TCAM中的各主机路由之间、或所述TCAM中最后一个主机路由与第一个子网路由之间是否存在空闲资源，若存在空闲资源则将所述待添加的主机路由添加到所述TCAM中的首个空闲资源中；若所述TCAM中的各主机路由之间、或所述TCAM中最后一个主机路由与第一个子网路由之间均不存在空闲资源，则将所述TCAM中的子网路由由所述TCAM的最后一个TCAM资源起依次存放，存放完毕后将所述待添加的主机路由添加到所述TCAM中的首个空闲资源中。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述将所述TCAM中的子网路由由所述TCAM的最后一个TCAM资源起依次存放，包括：
按子网路由前缀对各子网路由进行排序，子网路由前缀越长，在所述TCAM中的存放位置越靠前；
前缀相同的子网路由，匹配长度越长的在所述TCAM中的存放位置越靠前。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
添加子网路由时，判断所述TCAM中是否存在空闲资源，存在时进一步判断所述TCAM中的各子网路由之间、或所述TCAM中最后一个主机路由与第一个子网路由之间是否存在空闲资源，若存在空闲资源则将所述待添加的子网路由添加到所述TCAM中的首个空闲资源中；若所述TCAM中的各主机路由之间、或所述TCAM中最后一个主机路由与第一个子网路由之间均不存在空闲资源，则将所述TCAM中的主机路由由所述TCAM的第一个TCAM资源起依次存放，存放完毕后将所述待添加的子网路由添加到所述TCAM中的首个空闲资源中。
6.一种路由表的维护装置，其特征在于，包括确定单元和添加单元，其中：
确定单元，用于确定待添加的主机路由与主机路由表中路由的哈希Hash值是否冲突，冲突时触发添加单元；
添加单元，用于将所述待添加的主机路由添加到TCAM中。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述TCAM存放主机路由及子网路由时，主机路由和子网路由分别占用不同的TCAM资源段。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述装置还包括第一判断单元、第二判断单元和第一整理单元，其中：
第一判断单元，用于判断所述TCAM中是否存在空闲资源，存在时触发第二判断单元；
第二判断单元，用于判断所述TCAM中的各主机路由之间、或所述TCAM中最后一个主机路由与第一个子网路由之间是否存在空闲资源，若存在空闲资源则触发所述添加单元，将所述待添加的主机路由添加到所述TCAM中的首个空闲资源中；若所述TCAM中的各主机路由之间、或所述TCAM中最后一个主机路由与第一个子网路由之间均不存在空闲资源，则触发第一整理单元；
第一整理单元，用于将所述TCAM中的子网路由由所述TCAM的最后一个TCAM资源起依次存放，存放完毕后触发所述添加单元，将所述待添加的主机路由添加到所述TCAM中的首个空闲资源中。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述第一整理单元按子网路由前缀对各子网路由进行排序，子网路由前缀越长，在所述TCAM中的存放位置越靠前；前缀相同的子网路由，匹配长度越长的在所述TCAM中的存放位置越靠前。
10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述装置还包括第三判断单元、第四判断单元和第二整理单元，其中：
第三判断单元，用于在添加子网路由时，判断所述TCAM中是否存在空闲资源，存在时触发第四判断单元；
第四判断单元，用于判断所述TCAM中的各子网路由之间、或所述TCAM中最后一个主机路由与第一个子网路由之间是否存在空闲资源，若存在空闲资源则触发所述添加单元，将所述待添加的子网路由添加到所述TCAM中的首个空闲资源中；若所述TCAM中的各主机路由之间、或所述TCAM中最后一个主机路由与第一个子网路由之间均不存在空闲资源，则触发第二整理单元；
第二整理单元，用于将所述TCAM中的主机路由由所述TCAM的第一个TCAM资源起依次存放，存放完毕后触发所述添加单元，将所述待添加的子网路由添加到所述TCAM中的首个空闲资源中。
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