CN102664816A

CN102664816A - 一种快速查找mpls转发表的装置及方法

Info

Publication number: CN102664816A
Application number: CN2012101725752A
Authority: CN
Inventors: 孟庆超; 孙健
Original assignee: Maipu Communication Technology Co Ltd
Current assignee: Maipu Communication Technology Co Ltd
Priority date: 2012-05-30
Filing date: 2012-05-30
Publication date: 2012-09-12
Anticipated expiration: 2032-05-30
Also published as: CN102664816B

Abstract

本发明涉及通信领域的多协议标签交换技术，其公开了一种快速查找MPLS转发表的方法，实现快速查表、提高转发效率。其技术方案的要点包括：转发表初始化步骤：将MPLS转发表的各个表项信息以入标签作为键值存储到HASH结构对应冲突链的MPLS转发表节点中；转发表查找步骤：将MPLS标签分组报文携带的标签作为键值，首先在HASH结构中找到目标MPLS转发表节点所在的冲突链，并通过比较键值在冲突链中找到匹配的目标MPLS转发表节点，修改该MPLS转发表节点中记录的查找命中次数；转发表调整步骤：根据MPLS转发表节点记录的查找命中次数，调整所述MPLS转发表节点在对应冲突链中的位置。此外，本发明还公开了一种快速查找MPLS转发表的装置。本发明适用于MPLS高效转发。

Description

一种快速查找MPLS转发表的装置及方法

技术领域

本发明涉及通信领域的多协议标签交换（MPLS，Multi-Protocol Label Switching）技术，特别涉及一种快速查找MPLS转发表的装置及方法。

背景技术

多协议标签交换（MPLS，Multi-Protocol Label Switching）是一种用于快速数据包交换和路由的体系，它为网络数据流量提供了路由、转发和交换等能力，并且具有管理各种不同形式通信流的机制。MPLS独立于第二和第三层协议，将IP地址映射为简单的具有固定长度的标签，用于不同的包转发和包交换技术。在MPLS中，数据传输发生在标签交换路径（LSP，Label Switched Path）上，LSP是每一个沿着从源端到终端的路径上的结点的标签序列。

现有技术中的MPLS的基本工作流程如图1所示，包括如下步骤：

步骤101：在各个标签交换路由器（LSR）中为有业务需求的转发等价类FEC（Forwarding Equivalence Class）建立路由表和标签映射表；

步骤102：入节点接收分组报文，完成第三层功能，判定分组报文所属的FEC，并给分组报文加上标签，形成MPLS标签分组报文，转发到中间节点；

步骤103：中间节点根据MPLS标签分组报文上的标签以及标签转发表进行转发，不对标签分组进行任何第三层处理；

步骤104：在出节点去掉MPLS标签分组报文中的标签，继续进行后面的转发。

在上述步骤103中，中间结点的MPLS转发是通过MPLS标签分组报文携带的标签进行查找目标MPLS转发表节点、确定转发路径的过程，其实现方式是将MPLS转发表各个表项的20位标签值作为键值，采用一定的策略将其尽量均匀的分布到固定桶深的哈希（HASH）存储结构中。在查找目标MPLS转发表节点的时候，将MPLS标签分组报文携带的标签值通过相同的HASH处理函数作为键值找到对应的HASH结构的冲突链，然后依次比较冲突链表中节点，直到找到目标MPLS转发表节点。如果找不到，认为查找失败，做其他处理。

转发性能一直是路由器性能提升以及市场需求的一大方面，而MPLS组网一般又都应用于骨干网络，存在对转发性能要求高，转发表数量大的特点。转发时延中最主要的部分是查找目标节点过程所需的时间。而这同HASH冲突链中的节点个数以及目标MPLS转发表节点在冲突链表中的位置密切相关。如果冲突链表中的节点数量比较多并且目标MPLS转发表节点在冲突链表中相对靠后的位置，查找时间就比较长，并且不能根据转发流量特点实时调整目标MPLS转发表节点在冲突链表中的位置，难以有效的提升转发效率。现有技术中，在存在大量MPLS标签转发信息的情况下，如何快速查找目标节点，从而提高转发效率成为一个亟待解决的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提出一种快速查找MPLS转发表的装置及方法，实现快速查表、提高转发效率。

本发明解决上述技术问题所采用的方案是：一种快速查找MPLS转发表的装置，包括：

转发表存储模块，用于将MPLS转发表的各个表项信息以入标签作为键值存储到HASH结构对应冲突链的MPLS转发表节点中；所述MPLS转发表节点记录对应MPLS转发表项的查找命中次数；

转发表查找模块，用于将MPLS标签分组报文携带的标签作为键值，首先在HASH结构中找到目标MPLS转发表节点所在的冲突链，并通过比较键值在冲突链中找到匹配的目标MPLS转发表节点，修改该MPLS转发表节点中记录的查找命中次数；

转发表调整模块，用于根据MPLS转发表节点记录的查找命中次数，调整所述MPLS转发表节点在对应冲突链中的位置。

具体地，所述HASH结构每一条冲突链中的MPLS转发表节点被划分为多个节点段；每个节点段对应一个节点段管理结构，所述节点段管理结构中设置节点段内MPLS转发表节点的命中次数范围。

优选地，转发表调整模块还用于：判断如果当前MPLS转发表节点的查找命中次数在所在节点段的命中次数范围内，则不移动该MPLS转发表节点；否则将该MPLS转发表节点移动到落入命中次数范围内的对应的节点段中。

具体地，所述HASH结构每一条冲突链中，前面的节点段对应的命中次数范围的最小值大于后面的节点段对应的命中次数范围的最大值；且所述HASH结构的冲突链中各节点段的命中次数范围可动态调整。

优选地，所述转发表调整模块还用于：设置一条冲突链中的各节点段的命中次数范围的定时调整时间，以及节点段保存的MPLS转发表节点的查找命中次数同该节点段的命中次数范围间允许的误差值。

本发明的另一个目的是，提供一种快速查找MPLS转发表的方法，包括以下步骤：

转发表初始化步骤：将MPLS转发表的各个表项信息以入标签作为键值存储到HASH结构对应冲突链的MPLS转发表节点中；

转发表查找步骤：将MPLS标签分组报文携带的标签作为键值，首先在HASH结构中找到目标MPLS转发表节点所在的冲突链，并通过比较键值在冲突链中找到匹配的目标MPLS转发表节点，修改该MPLS转发表节点中记录的查找命中次数；

转发表调整步骤：根据MPLS转发表节点记录的查找命中次数，调整所述MPLS转发表节点在对应冲突链中的位置。

优选地，所述转发表初始化步骤中还包括：将所述HASH结构每一条冲突链中的MPLS转发表节点被划分为多个节点段；每个节点段的信息存储在节点段管理结构中，在节点段管理结构中设置节点段的命中次数范围。

优选地，在节点段管理结构中设置的命中次数范围的确定方法为，扫描每一条冲突链，根据当前冲突链中MPLS转发表节点的个数、每个MPLS转发表节点的查找命中次数、以及节点段的数量，确认各个节点段的命中次数范围。

优选地，所述转发表调整步骤具体为：根据MPLS转发表节点记录的查找命中次数以及其所在节点段的命中次数范围，判断如果当前MPLS转发表节点的查找命中次数在所在节点段的命中次数范围内，则不移动该MPLS转发表节点；否则将该MPLS转发表节点移动到落入命中次数范围内的对应的节点段中。

具体地，所述转发表调整步骤中，HASH结构的冲突链中的各节点段的命中次数范围可动态调整；且在一条冲突链中，前面的节点段对应的命中次数范围的最小值大于后面的节点段对应的命中次数范围的最大值。

本发明的有益效果是：根据MPLS转发流量特点，动态调整MPLS转发表节点在冲突链中位置的方式，始终让命中次数多的MPLS转发表节点可以优先被找到，提高MPLS转发表节点的查表效率，提升转发性能。

附图说明

图1为现有技术中的MPLS的工作流程图；

图2为本发明实施例快速查找MPLS转发表的装置结构框图；

图3为本发明装置实施例中的HASH存储结构的示意图；

图4为本发明实施例快速查找MPLS转发表的方法流程图。

具体实施方式

为实现快速查表、提高MPLS的转发效率，本发明提出了一种快速查找MPLS转发表的装置及方法，其核心思想在于，将MPLS转发表的各个表项以入标签值为键值添加到HASH存储结构的冲突链中，所以冲突链表中的每个节点对应一个MPLS转发表的表项，称为MPLS转发表节点。MPLS转发表节点中记录对应MPLS转发表项的查找命中次数，根据MPLS转发表节点记录的查找命中次数，调整所述MPLS转发表节点在对应冲突链中的位置。

为使本发明技术方案更加清楚，以下通过具体实施例对本发明方案进行具体描述。

参见图2，为本发明实施例的快速查找MPLS转发表的装置结构框图，包括：

转发表存储模块201，用于将MPLS转发表的各个表项信息以入标签作为键值存储到HASH结构对应冲突链的MPLS转发表节点中；所述MPLS转发表节点记录对应MPLS转发表项的查找命中次数。所述HASH结构每一条冲突链中的MPLS转发表节点被划分为多个节点段；每个节点段对应一个节点段管理结构，所述节点段管理结构中设置节点段内MPLS转发表节点的命中次数范围。在节点段管理结构中设置的节点段的命中次数范围的确定方法为，扫描每一条冲突链，根据当前冲突链中MPLS转发表节点的个数、每个MPLS转发表节点的查找命中次数、以及节点段的数量，确认各个节点段的命中次数范围。

各个节点段之间命中次数范围不重叠，节点段中各MPLS转发表节点的命中命中次数应该在该节点段的命中次数范围内或者误差允许的范围内。在HASH结构的每一条冲突链表中，前面的节点段对应的命中次数范围的最小值大于后面的节点段对应的命中次数范围的最大值。所述节点段管理结构中还包括首、尾节点指针和节点段包含的转发表节点数量。参见图3，为本发明装置实施例中的HASH存储结构的示意图，其中，m为HASH桶深。以第2级冲突链为例，其中包含若干个MPLS转发表节点，将这些MPLS转发表节点划分为节点段，每一节点段对应一个节点段管理结构。HASH结构每一条冲突链中，前面的节点段对应的命中次数范围的最小值大于后面的节点段对应的命中次数范围的最大值；且所述HASH结构的冲突链中各节点段的命中次数范围可动态调整。

转发表查找模块202，用于将MPLS标签分组报文携带的标签作为键值，首先在HASH结构中找到目标MPLS转发表节点所在的冲突链，并通过比较键值在冲突链中找到匹配的目标MPLS转发表节点，修改该MPLS转发表节点中记录的查找命中次数。在MPLS转发表节点中记录对应MPLS转发表项查找命中次数统计，转发过程中，每使用该节点中的转发表项一次，修改该节点的查找命中次数（例如命中次数+1）。

转发表调整模块203，用于根据MPLS转发表节点记录的查找命中次数，调整所述MPLS转发表节点在对应冲突链中的位置。转发表调整模块判断如果当前MPLS转发表节点的查找命中次数在所在节点段的命中次数范围内，则不移动该MPLS转发表节点；否则将该MPLS转发表节点移动到落入命中次数范围内的对应的节点段中。

本例提供的一种快速查找MPLS转发表的方法流程图方法流程如图4所示，其包括如下步骤：

步骤401：转发表初始化步骤：将MPLS转发表的各个表项信息以入标签作为键值存储到HASH结构对应冲突链的MPLS转发表节点中。

本步骤中，根据现有技术初始化用于存储标签值的HASH结构，且将HASH结构的每一条冲突链分为多个节点段，并创建与各节点段一一对应的节点段管理结构。节点段管理信息包括设置一条冲突链中的节点段数量、定时调整时间、节点段保存的转发表的命中次数同该节点段所记录的命中次数范围间允许的误差值等，这些参数可以由系统设置默认参数或者由用户进行手工配置的。

步骤402：转发表查找步骤：将MPLS标签分组报文携带的标签作为键值，首先在HASH结构中找到目标MPLS转发表节点所在的冲突链，并通过比较键值在冲突链中找到匹配的目标MPLS转发表节点，修改该MPLS转发表节点中记录的查找命中次数。

步骤403：转发表调整步骤：根据MPLS转发表节点记录的查找命中次数，调整所述MPLS转发表节点在对应冲突链中的位置。

本步骤中，本发明实施例根据当时冲突链中各MPLS转发表节点的命中次数情况，调整各个节点段对应的命中次数范围，依据转发表的命中次数将转发表调整到对应的节点段中。以此来保证MPLS转发时，命中次数多的MPLS转发表可以更快的被找到，并且可以根据MPLS转发流量的变化动态调整各节点段的命中次数范围，以提高整体转发效率。动态调整具体包括以下几个步骤：

1、扫描冲突链，根据冲突链中各MPLS转发表节点中对应MPLS转发表项的命中次数和该冲突链的节点段数量，按照各个节点段中转发表数量一致（或基本一致）的原则，设置各个节点段中转发表的命中次数的范围。可以通过用户命令触发、大量转发表的添加或删除等外部事件触发扫描冲突链表，或者定时扫描的方式扫描冲突链。

2、查看冲突链中的MPLS转发表节点，对应MPLS转发表的命中次数如果在所在节点段命中次数的范围内，则不进行移动。如果在范围外，则将该转发表节点移动到对应的节点段结构中。为了可以根据转发表流量变化准确的动态调整转发表，在扫描冲突链的时候需要将转发表中记录的命中次数按照策略减少，以便可以将访问频率下降的转发表及时移动到合适的节点段中。命中次数减少的策略包括：将当前的命中次数除以N和将当前的命中次数减去N，策略和N值可以默认或者配置。

为防止转发表频繁移动对转发流量和设备造成较大影响，规定在同一节点段中的转发表不需要按照命中次数从大到小的顺序排列，因此只要该转发表的命中次数在所在节点段对应的命中次数范围内，就不需要移动。可以根据使用环境和MPLS流量特点设置允许的命中次数误差范围，即使转发表的命中次数不在节点段对应的命中次数范围内，但如果在允许的误差范围内，也可以不移动。

本发明实例中，由于添加了节点段管理结构，特对MPLS转发表节点的添加、删除、动态调整的相关处理过程进行说明：

添加转发表节点时，将MPLS转发表节点按照添加顺序放到冲突链的最后一个节点段中。

删除转发表节点时，根据键值找到所述MPLS转发表节点后将其删除。如果删除的转发表节点是节点段的首节点或者尾节点，则还需要更新该节点段管理结构信息。

由于MPLS转发表的命中次数会随着转发流量逐步增加，而转发表的访问频率会不断变化，因此需要动态的调整各个转发表在冲突链中的位置，以基本保证冲突链中命中次数多的转发表在命中次数少的转发表前面。

对于某些网络产品系统，MPLS转发表添加、删除、更新操作和转发流程不互斥，在移动转发表的过程中可能会导致查找转发表失败，导致丢包。为防止丢包，对于需要移动的转发表，可以先在目标节点段中添加该转发表，然后再在原节点段中将该转发表删除，以此保证在转发表移动过程中，也可以正确转发。

本发明可以提高MPLS转发的查表效率，提升转发性能，可以根据MPLS转发流量特点，动态调整转发表在冲突链中位置的方式，始终让命中次数多的转发表可以优先被找到，提高整体的转发性能。可以根据当时的组网环境、转发表数量、流量变化规律等信息设置相关参数，以便最大限度的提高转发效率，相对于现有技术具有更强的适应性和可配置性。

Claims

1.一种快速查找MPLS转发表的装置，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的一种快速查找MPLS转发表的装置，其特征在于，所述HASH结构的每一条冲突链中的MPLS转发表节点被划分为多个节点段；每个节点段对应一个节点段管理结构，所述节点段管理结构中设置节点段内MPLS转发表节点的命中次数范围。

3.如权利要求2所述的一种快速查找MPLS转发表的装置，其特征在于，转发表调整模块还用于：判断如果当前MPLS转发表节点的查找命中次数在所在节点段的命中次数范围内，则不移动该MPLS转发表节点；否则将该MPLS转发表节点移动到落入命中次数范围内的对应的节点段中。

4.如权利要求2或3所述的一种快速查找MPLS转发表的装置，其特征在于，所述HASH结构每一条冲突链中，前面的节点段对应的命中次数范围的最小值大于后面的节点段对应的命中次数范围的最大值；且所述HASH结构的冲突链中各节点段的命中次数范围可动态调整。

5.如权利要求4所述的一种快速查找MPLS转发表的装置，其特征在于，所述转发表调整模块还用于：设置一条冲突链中的各节点段的命中次数范围的定时调整时间，以及节点段保存的MPLS转发表节点的查找命中次数同该节点段的命中次数范围间允许的误差值。

6.一种快速查找MPLS转发表的方法，其特征在于，包括以下步骤：

7.如权利要求6所述的一种快速查找MPLS转发表的方法，其特征在于，所述转发表初始化步骤中还包括：将所述HASH结构每一条冲突链中的MPLS转发表节点被划分为多个节点段；每个节点段的信息存储在节点段管理结构中，在节点段管理结构中设置节点段的命中次数范围。

8.如权利要求7所述的一种快速查找MPLS转发表的方法，其特征在于，在节点段管理结构中设置的命中次数范围的确定方法为，扫描每一条冲突链，根据当前冲突链中MPLS转发表节点的个数、每个MPLS转发表节点的查找命中次数、以及节点段的数量，确认各个节点段的命中次数范围。

9.如权利要求7所述的一种快速查找MPLS转发表的方法，其特征在于，所述转发表调整步骤具体为：根据MPLS转发表节点记录的查找命中次数以及其所在节点段的命中次数范围，判断如果当前MPLS转发表节点的查找命中次数在所在节点段的命中次数范围内，则不移动该MPLS转发表节点；否则将该MPLS转发表节点移动到落入命中次数范围内的对应的节点段中。

10.如权利要求7-9任一项所述的一种快速查找MPLS转发表的方法，其特征在于，所述转发表调整步骤中，HASH结构的冲突链中的各节点段的命中次数范围可动态调整；且在一条冲突链中，前面的节点段对应的命中次数范围的最小值大于后面的节点段对应的命中次数范围的最大值。