CN106549872A - 最长前缀匹配与精确匹配结合的星载快速路由查找系统 - Google Patents

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Abstract

最长前缀匹配与精确匹配结合的星载快速路由查找系统，包括精确匹配查找模块和最长前缀匹配查找模块，精确匹配查找模块包括哈希查找电路，哈希散列表和老化更新管理电路；最长前缀匹配查找模块包括压缩Trie树查找电路、Trie树节点存储区和路由表项存储区。本发明方法通过建立最长前缀匹配与精确匹配相结合的路由查找结构，与传统的最长前缀匹配查找结构相比，增加了精确匹配查找以作为活跃路由表项的高速缓存，大大提高IP报文流的路由查找速度，从而有效降低了平均查找时间，另外通过构建精确匹配查找的老化更新管理电路，实现了活跃路由表项的自动学习和添加操作，完成了对路由表项的老化检查和删除操作，保障活跃路由表项的高效管理和查找性能。

Description

最长前缀匹配与精确匹配结合的星载快速路由查找系统
技术领域
本发明涉及网络交换技术领域，特别是一种最长前缀匹配与精确匹配结合的星载快速路由查找系统。
背景技术
星载路由交换设备基于最长地址前缀匹配方式，从所有目的地址匹配的路由表中命中掩码长度最长的路由前缀，根据查找结果实现报文转发。随着宽带通信的发展，星载路由交换设备面临大量用户的无线接入交互与高速数据的快速路由交换，需要完成大量的路由查表与更新操作，现有的星载路由交换设备系统使用的路由查找方法已不再能满足高速数据的查找要求。鉴于星上存储资源受限、功耗受限的通信特点，地面通用可编程查找技术并不适用星载环境，需要结合星载应用特点进行高速路由查找方法的研究，因此需要提出一种适用于星载环境的星载快速路由查找方法。
发明内容
本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种最长前缀匹配与精确匹配结合的星载快速路由查找系统，实现星载大容量数据线速查找，满足IP报文每秒10G次的快速查找需求。
本发明的技术解决方案是：最长前缀匹配与精确匹配结合的星载快速路由查找系统，包括精确匹配查找模块和最长前缀匹配查找模块，精确匹配查找模块包括哈希查找电路，哈希散列表和老化更新管理电路；最长前缀匹配查找模块，包括压缩Trie树查找电路、Trie树节点存储区和路由表项存储区；
哈希查找电路，选择CRC-16作为哈希函数，计算哈希存储地址G＝CRC-16(addr)，取G的低10位作为哈希索引值G’，在哈希散列表中读取哈希索引值G’对应的路由表项，查看索引值G’对应的路由表项的IP地址与目的IP地址addr是否相同，若相同，则输出当前路由表项中的查找结果，并同时控制最长前缀匹配查找模块停止工作；若不同，则等待最长前缀匹配查找模块输出查找结果；所述的查找结果为路由表项的下一跳MAC地址、输出端口号；所述的目的IP地址addr为对IP报文流进行提取得到的，其中，IP报文流包括目的IP地址addr、报文数据；
哈希散列表，包括多个路由表项，其中，每个路由表项均对应唯一的哈希索引值G’；所述的路由表项包括IP地址、下一跳MAC地址、输出端口号、时间戳、匹配标识，其中，时间戳为当前路由表项添加到哈希散列表的时间，匹配标识记录老化时间内当前路由表项是否被哈希查找电路匹配命中，老化时间为10分钟；所述的哈希查找电路匹配命中为在哈希查找电路工作过程中当前路由表项的IP地址与目的IP地址addr相同；
老化更新管理电路，学习最长前缀匹配查找模块匹配命中的路由表项，将该路由表项添加至哈希散列表；若哈希散列表中的路由表项在老化时间内未被哈希查找电路匹配命中，则删除该条路由表项；
压缩Trie树查找电路，遍历Trie树节点存储区中的压缩trie树实现对目的IP地址addr的查找，遍历从Trie树的根节点开始，从左向右依次处理addr的比特位，初始时处理比特标识w置为0，其中，根节点记为节点0，i的初值为0；
查看节点i是否进行变步长压缩，若进行变步长压缩，则设置节点i的压缩标识为1，取节点i的左儿子域的高4位为步进值step，判断左儿子域的低step位与addr从w开始向右step位的比特序列是否相同，若相同，则更新节点i为当前节点i的右儿子域中节点编号对应的节点，若不同，则更新节点i为节点0；若未进行变步长压缩，则设置节点i的压缩标识为0，取步进值step为1，判断addr的第w个比特位是否为0，若为0，则更新节点i为当前节点i的左儿子域中节点编号对应的节点，若为1，则更新查找节点i为当前节点i的右儿子域中节点编号对应的节点；更新处理比特标识w＝w+step，继续查看节点i是否进行压缩过程，直到节点i为叶子节点或w大于等于32，此时查看节点i的索引值，从路由表项存储区读取当前索引值对应的路由表项，输出当前路由表项中的查找结果；
Trie树节点存储区，以Trie树结构存储树节点，其中，树节点包括左儿子域、右儿子域、索引值、压缩标识，每个树节点不多于两个子节点，树节点编号是整数，从0开始编号，依次递增，Trie树中树节点编号时首先将左边子节点树完成编号，然后对右边子节点树进行编号；若节点进行变步长压缩时，左儿子域的高四位为压缩的步长，低四位为压缩的IP地址比特序列，右儿子域为子节点编号；若未进行变步长压缩时，左儿子域为当前节点左支子节点编号，右儿子域为当前节点右支子节点编号；
路由表项存储区，存储多个路由表项，其中，路由表项包括IP地址、下一跳MAC地址、输出端口号。
所述的哈希散列表采用4个哈希桶的结构进行数据存储。
所述的IP地址为32bit数据，下一跳MAC地址为16bit数据，输出端口号为16bit数据，时间戳为14bit数据，匹配标识为2bit，树节点的左儿子域为16bit、右儿子域为16bit、压缩标识为1bit、索引值为15bit数据。
本发明与现有技术相比的优点在于：
(1)本发明方法建立最长前缀匹配与精确匹配相结合的路由查找结构，与传统的最长前缀匹配查找结构相比，增加了精确匹配查找以作为活跃路由表项的高速缓存，大大提高IP报文流的路由查找速度，从而有效降低了平均查找时间；
(2)本发明方法通过构建精确匹配查找的老化更新管理，实现了活跃路由表项的自动学习和添加操作，完成了对路由表项的老化检查和删除操作，保障活跃路由表项的高效管理，从而提高整体的查找性能。
附图说明
图1为本发明一种最长前缀匹配与精确匹配结合的星载快速路由查找系统结构组成图；
图2为本发明一种最长前缀匹配与精确匹配结合的星载快速路由查找系原理流程图。
具体实施方式
本发明针对现有技术的不足，提供了一种最长前缀匹配与精确匹配结合的星载快速路由查找系统，通过建立最长前缀匹配与精确匹配相结合的路由查找结构，增加了精确匹配查找以作为活跃路由表项的高速缓存，大大提高IP报文流的路由查找速度，从而有效降低了平均查找时间，另外通过构建精确匹配查找的老化更新管理，实现了活跃路由表项的自动学习和添加操作，完成了对路由表项的老化检查和删除操作，保障活跃路由表项的高效管理和查找性能，下面结合附图对本发明进行详细说明。
如图1为本发明一种最长前缀匹配与精确匹配结合的星载快速路由查找系统结构组成图，最长前缀匹配与精确匹配结合的星载快速路由查找系统，包括精确匹配查找模块、最长前缀匹配查找模块，精确匹配查找模块包括哈希查找电路，哈希散列表和老化更新管理电路；最长前缀匹配查找模块包括压缩Trie树查找电路、Trie树节点存储区和路由表项存储区。
如图2为本发明一种最长前缀匹配与精确匹配结合的星载快速路由查找系原理流程图，具体的查找步骤如下：哈希查找电路对IP报文的目的IP地址addr进行查找，选择CRC-16作为哈希函数，计算哈希存储地址G＝CRC-16(addr)，取G的低10位作为哈希索引值G’，在哈希散列表中读取哈希索引值G’对应的路由表项，即查看4个哈希桶中索引值G’对应存储的路由表项R1、R2、R3、R4中的IP地址是否与addr相同，若相同，则输出匹配路由表项中的查找结果，并同时控制最长前缀匹配查找模块停止工作；若不同，则等待最长前缀匹配查找模块输出查找结果。所述的查找结果为匹配路由表项的下一跳MAC地址、输出端口号。
哈希散列表，包括多个路由表项，其中每个路由表项均对应唯一的哈希索引值G’；所述的路由表项包括IP地址、下一跳MAC地址、输出端口号、时间戳、匹配标识，其中，时间戳为该条路由表项的生成时间，匹配标识表明老化时间(设置为10分钟)内是否匹配命中；
老化更新管理电路自动学习最长前缀匹配查找模块匹配命中的路由表项，将该条路由表项添加至哈希散列表；若哈希散列表中的路由表项在老化时间10分钟内未被匹配命中过，则删除该条路由表项；压缩Trie树查找电路同时对IP报文的目的IP地址addr进行查找，即通过遍历压缩trie树实现对addr的查找，遍历过程从trie树的根节点开始，即查找结点i为0，从左向右依次处理addr的比特位，初始时处理比特标识w置为0。
查看节点i是否进行压缩，若进行压缩，则压缩标识为1，取节点i的左儿子域的高4位为步进值step，判断左儿子域的低step位是否与addr从w开始向右step位的比特序列是否相同，若相同，则更新查找结点i为当前节点i的右儿子域，若不同，则更新查找结点i为0；若未进行压缩，则压缩标识为0，取步进值为1，判断addr的第w个比特位是否为0，若为0，则更新查找节点i为当前节点i的左儿子域，若为1，则更新查找节点i为当前节点i的右儿子域。
更新处理比特标识，即w＝w+step，继续查找节点i与addr的第w个比特位，直到节点i为叶子节点或w大于等于32，此时查看节点i的索引值，从路由表项存储区读取当前索引值对应的路由表项，包括IP地址、下一跳MAC地址和输出端口号，并且触发老化更新管理电路学习该条查找命中的路由表项。
Trie树节点存储区，以Trie树结构存储树节点，其中，树节点包括左儿子域、右儿子域、索引值和压缩标识，各个树节点不多于两个子节点，根树节点编号为0，Trie树中树节点编号时首先将左边子节点树完成编号，然后对右边子节点树进行编号；若进行压缩则压缩标识为1，此时左儿子域的高四位为压缩的步长，低四位为压缩的比特序列，其余比特为0，右儿子为子节点编号；若未进行压缩则压缩标识为0，左儿子为0比特对应的子节点编号，右儿子为1比特对应的子节点编号。
本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。

Claims (3)

1.最长前缀匹配与精确匹配结合的星载快速路由查找系统，其特征在于：包括精确匹配查找模块和最长前缀匹配查找模块，精确匹配查找模块包括哈希查找电路，哈希散列表和老化更新管理电路；最长前缀匹配查找模块，包括压缩Trie树查找电路、Trie树节点存储区和路由表项存储区；
哈希查找电路，选择CRC-16作为哈希函数，计算哈希存储地址G＝CRC-16(addr)，取G的低10位作为哈希索引值G’，在哈希散列表中读取哈希索引值G’对应的路由表项，查看索引值G’对应的路由表项的IP地址与目的IP地址addr是否相同，若相同，则输出当前路由表项中的查找结果，并同时控制最长前缀匹配查找模块停止工作；若不同，则等待最长前缀匹配查找模块输出查找结果；所述的查找结果为路由表项的下一跳MAC地址、输出端口号；所述的目的IP地址addr为对IP报文流进行提取得到的，其中，IP报文流包括目的IP地址addr、报文数据；
哈希散列表，包括多个路由表项，其中，每个路由表项均对应唯一的哈希索引值G’；所述的路由表项包括IP地址、下一跳MAC地址、输出端口号、时间戳、匹配标识，其中，时间戳为当前路由表项添加到哈希散列表的时间，匹配标识记录老化时间内当前路由表项是否被哈希查找电路匹配命中，老化时间为10分钟；所述的哈希查找电路匹配命中为在哈希查找电路工作过程中当前路由表项的IP地址与目的IP地址addr相同；
老化更新管理电路，学习最长前缀匹配查找模块匹配命中的路由表项，将该路由表项添加至哈希散列表；若哈希散列表中的路由表项在老化时间内未被哈希查找电路匹配命中，则删除该条路由表项；
压缩Trie树查找电路，遍历Trie树节点存储区中的压缩trie树实现对目的IP地址addr的查找，遍历从Trie树的根节点开始，从左向右依次处理addr的比特位，初始时处理比特标识w置为0，其中，根节点记为节点0，i的初值为0；
查看节点i是否进行变步长压缩，若进行变步长压缩，则设置节点i的压缩标识为1，取节点i的左儿子域的高4位为步进值step，判断左儿子域的低step位与addr从w开始向右step位的比特序列是否相同，若相同，则更新节点i为当前节点i的右儿子域中节点编号对应的节点，若不同，则更新节点i为节点0；若未进行变步长压缩，则设置节点i的压缩标识为0，取步进值step为1，判断addr的第w个比特位是否为0，若为0，则更新节点i为当前节点i的左儿子域中节点编号对应的节点，若为1，则更新查找节点i为当前节点i的右儿子域中节点编号对应的节点；更新处理比特标识w＝w+step，继续查看节点i是否进行压缩过程，直到节点i为叶子节点或w大于等于32，此时查看节点i的索引值，从路由表项存储区读取当前索引值对应的路由表项，输出当前路由表项中的查找结果；
Trie树节点存储区，以Trie树结构存储树节点，其中，树节点包括左儿子域、右儿子域、索引值、压缩标识，每个树节点不多于两个子节点，树节点编号是整数，从0开始编号，依次递增，Trie树中树节点编号时首先将左边子节点树完成编号，然后对右边子节点树进行编号；若节点进行变步长压缩时，左儿子域的高四位为压缩的步长，低四位为压缩的IP地址比特序列，右儿子域为子节点编号；若未进行变步长压缩时，左儿子域为当前节点左支子节点编号，右儿子域为当前节点右支子节点编号；
路由表项存储区，存储多个路由表项，其中，路由表项包括IP地址、下一跳MAC地址、输出端口号。
2.根据权利要求1所述的最长前缀匹配与精确匹配结合的星载快速路由查找系统，其特征在于：所述的哈希散列表采用4个哈希桶的结构进行数据存储。
3.根据权利要求1或2所述的最长前缀匹配与精确匹配结合的星载快速路由查找系统，其特征在于：所述的IP地址为32bit数据，下一跳MAC地址为16bit数据，输出端口号为16bit数据，时间戳为14bit数据，匹配标识为2bit，树节点的左儿子域为16bit、右儿子域为16bit、压缩标识为1bit、索引值为15bit数据。
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