CN106953806B - 一种基于后缀索引匹配ip地址的方法及系统 - Google Patents
一种基于后缀索引匹配ip地址的方法及系统 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种基于后缀索引匹配IP地址的方法，包括以下步骤：S1.对IP路由数据构建后缀索引；S2.将IPv6地址平均分为k段，然后分别为每段IPv6地址构建不同的哈希表，每张哈希表存放段内不同后缀在后缀索引中的区间值；S3.对于给定的目的IP地址，将其平均分为k段，然后将k段目的IP地址通过二分查找法在k张哈希表中查找匹配的后缀索引区间，并记录匹配的后缀索引区间所在的哈希表对应的段数；S4.根据记录的段数进行段内回溯查找，输出目的IP的路由信息。
Description
技术领域
本发明涉及网络通信领域，更具体的，涉及一种基于后缀索引匹配IP地址的方法及系统。
背景技术
路由器作为Internet互连的核心设备，其主要功能是按照IP分组中的目的地址转发分组，查找路由表(指路由器或者其他互联网网络设备上存储的一张路由信息表，该表中存有到达特定网络终端的路径)决定将分组发往哪个端口。路由器的处理速度是网络通信的主要瓶颈之一，其性能直接影响着网络互联的质量。高效的路由表查找算法是影响路由器转发效率的重要因素。随着Internet网络规模的扩大，路由表的大小与日俱增，这个问题随着IPv6网络协议的逐步应用而更加突出。同IPv4的CIDR(无类域间路由，ClasslessInter-Domain Routing)概念类似，IPv6地址也被认为是无类别的，路由查找时必须要进行最长前缀匹配LPM(longestprefix matching)而不是精确匹配，不仅需要与地址前缀的比特值进行匹配查找，而且还要考虑地址前缀长度。这些都给路由表查找算法效率的提高带来了挑战。
发明内容
本发明为解决以上现有路由表查找算法查找效率不高的缺陷，提供了一种基于后缀索引匹配IP地址的方法。
为实现以上发明目的，采用的技术方案是：
一种基于后缀索引匹配IP地址的方法，包括以下步骤：
S1.对IP路由数据构建后缀索引；
S2.将IPv6地址平均分为k段，然后分别为每段IPv6地址构建不同的哈希表，每张哈希表存放段内不同后缀在后缀索引中的区间值；
S3.对于给定的目的IP地址，将其平均分为k段，然后将k段目的IP地址通过二分查找法在k张哈希表中查找匹配的后缀索引区间，并记录匹配的后缀索引区间所在的哈希表对应的段数；
S4.根据记录的段数进行段内回溯查找，输出目的IP的路由信息。
优选地，所述步骤S1构建后缀索引的具体过程如下：
IP路由数据中的各个IPv6地址对应的前缀构成集合S，集合S中的每个前缀视为一个字符串并在末尾添加#，#<0<1，即每个IPv6地址包括有129个后缀；将集合S中的所有前缀首尾相连组成一个字符串T，构建字符串T的构建后缀索引。
优选地，所述步骤S2构建哈希表的具体过程如下：
将IPv6地址平均分为16段，然后为各段IPv6地址分别构建一个哈希表，16个哈希表分别为H_Table1～H_Table16，其中H_Table1～H_Table15内分别记录有各自段内的所有以00000000～11111111开始的后缀在后缀索引中的区间值；H_Table16记录所有段内的所有以00000000#～11111111#开始的后缀在后缀索引中的区间值。
优选地，所述步骤S4通过二分查找法查找匹配的后缀索引区间的具体过程如下：
(1)首先对目的IP地址第8段在H_Table8内查找匹配的后缀索引区间，若查找到匹配的后缀索引区间，则记录匹配的后缀索引区间所在的哈希表对应的段数，然后执行步骤(2)，否则执行步骤(10)；
(2)对目的IP地址第12段在H_Table12内查找匹配的后缀索引区间，若查找到匹配的后缀索引区间，则记录匹配的后缀索引区间所在的哈希表对应的段数，然后执行步骤(3)，否则执行步骤(7)；
(3)对目的IP地址第14段在H_Table14内查找匹配的后缀索引区间，若查找到匹配的后缀索引区间，则记录匹配的后缀索引区间所在的哈希表对应的段数，然后执行步骤(4)，否则执行步骤(6)；
(4)对目的IP地址第15段在H_Table15内查找匹配的后缀索引区间，若查找到匹配的后缀索引区间，则记录匹配的后缀索引区间所在的哈希表对应的段数，然后执行步骤(5)；
(5)对目的IP地址第16段在H_Table16内查找匹配的后缀索引区间，若查找到匹配的后缀索引区间，则记录匹配的后缀索引区间所在的哈希表对应的段数；
(6)对目的IP地址第13段在H_Table13内查找匹配的后缀索引区间，若查找到匹配的后缀索引区间，则记录匹配的后缀索引区间所在的哈希表对应的段数；
(7)对目的IP地址第10段在H_Table10内查找匹配的后缀索引区间，若查找到匹配的后缀索引区间，则记录匹配的后缀索引区间所在的哈希表对应的段数，然后执行步骤(8)，否则执行步骤(9)；
(8)对目的IP地址第11段在H_Table11内查找匹配的后缀索引区间，若查找到匹配的后缀索引区间，则记录匹配的后缀索引区间所在的哈希表对应的段数；
(9)对目的IP地址第9段在H_Table9内查找匹配的后缀索引区间，若查找到匹配的后缀索引区间，则记录匹配的后缀索引区间所在的哈希表对应的段数；
(10)对目的IP地址第4段在H_Table4内查找匹配的后缀索引区间，若查找到匹配的后缀索引区间，则记录匹配的后缀索引区间所在的哈希表对应的段数，然后执行步骤(11)，否则执行步骤(14)；
(11)对目的IP地址第6段在H_Table6内查找匹配的后缀索引区间，若查找到匹配的后缀索引区间，则记录匹配的后缀索引区间所在的哈希表对应的段数，然后执行步骤(12)，否则执行步骤(13)；
(12)对目的IP地址第7段在H_Table7内查找匹配的后缀索引区间，若查找到匹配的后缀索引区间，则记录匹配的后缀索引区间所在的哈希表对应的段数；
(13)对目的IP地址第5段在H_Table5内查找匹配的后缀索引区间，若查找到匹配的后缀索引区间，则记录匹配的后缀索引区间所在的哈希表对应的段数；
(14)对目的IP地址第2段在H_Table2内查找匹配的后缀索引区间，若查找到匹配的后缀索引区间，则记录匹配的后缀索引区间所在的哈希表对应的段数，然后执行步骤(15)，否则执行步骤(16)；
(15)对目的IP地址第3段在H_Table3内查找匹配的后缀索引区间，若查找到匹配的后缀索引区间，则记录匹配的后缀索引区间所在的哈希表对应的段数；
(16)对目的IP地址第1段在H_Table1内查找匹配的后缀索引区间，若查找到匹配的后缀索引区间，则记录匹配的后缀索引区间所在的哈希表对应的段数。
优选地，定义F为字符串T的所有后缀按字典顺序排序后的首字符组成的数组；
定义BWT为字符串T的所有后缀按字典顺序排序后的最后一个字符组成的数组；
所述步骤S5进行段内回溯查找的具体步骤如下：
S101.根据记录的段数，将下一段内的目的IP地址倒置，其最后一个字符在F中的起始位置标记为First，结束位置标记为Last；
S102.查询First与Last之间的所有行对应的BWT中是否存在与倒置的IP地址的倒数第i个字符相同的字符，i的初始值为2；
S103.若是则将这些字符映射在F中，这些字符在F中的相应起始位置、结束位置标记为First、Last；
S104.令i＝i+1然后利用步骤S3得到的First、Last重复执行步骤S103直至查询不到匹配项，此时得到最长匹配后缀。
S105.输出目的IP的路由信息。
同时，本发明还提供了一种应用以上方法的系统，其方案如下：
包括索引构造模块和索引查询模块，索引构造模块用于构建后缀索引和哈希表，所述索引查询模块用于哈希表的查找和段内回溯查找。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1.查找一个IPv6地址最多需读路由表4次，与路由表的大小无关，因此能够保证查找效率。
2.将后缀索引应用到路由查找上，有效的加快了IP地址的匹配速度，同时具有良好的性能。
附图说明
图1为方法的流程示意图。
图2为本发明的路由表结构图。
图3为系统的示意图。
具体实施方式
附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；
以下结合附图和实施例对本发明做进一步的阐述。
实施例1
如图1所示，本发明提供的方法包括有以下步骤；
S1.对IP路由数据构建后缀索引；
S2.将IPv6地址平均分为k段，然后分别为每段IPv6地址构建不同的哈希表，每张哈希表存放段内不同后缀在后缀索引中的区间值；
S3.对于给定的目的IP地址，将其平均分为k段，然后将k段目的IP地址通过二分查找法在k张哈希表中查找匹配的后缀索引区间，并记录匹配的后缀索引区间所在的哈希表对应的段数；
S4.根据记录的段数进行段内回溯查找，输出目的IP的路由信息。
其中，如图2所示，图2为路由表结构图。
在具体的实施过程中，所述步骤S1构建后缀索引的具体过程如下：
IP路由数据中的各个IPv6地址对应的前缀构成集合S，集合S中的每个前缀视为一个字符串并在末尾添加#(#<0<1)，即每个IPv6地址包括有129个后缀；将集合S中的所有前缀首尾相连组成一个字符串T，构建字符串T的构建后缀索引。
在具体的实施过程中，所述步骤S2构建哈希表的具体过程如下：
将IPv6地址平均分为16段，然后为各段IPv6地址分别构建一个哈希表，16个哈希表分别为H_Table1～H_Table16，其中H_Table1～H_Table15内分别记录有各自段内的所有以00000000～11111111开始的后缀在后缀索引中的区间值；H_Table16记录所有段内的所有以00000000#～11111111#开始的后缀在后缀索引中的区间值。
为了方便说明构建哈希表的过程，本实施例以IP地址长度为4为例，以2bit为单位进行分段查找。
给定一个集合S＝{S1,S2,…}，集合中每一项Si是一条路由规则的匹配前缀。构造字符串T＝S1#S2#...的后缀索引(这里，S1#是由前缀S1和#构成字符串，将所有这些字符串首尾相连得到T)。
例如：S＝{1100/4,110*/3}，那么就有T＝1100#110#。
则其后缀索引如下所示：
pos＝0 1 2 3 4 5 6 7 8
x＝1 1 0 0 # 1 1 0 #
sa＝8 4 7 3 2 6 1 5 0
若以2bit分段构建两个hash表，则哈希表H_Tablel对应前2bit，用于记录所有以00，01，10，11开始的后缀在后缀索引中的区间；哈希表H_Table2对应后2bit，用于记录所有以00#，01#，10#，11#开始的后缀在后缀索引中的区间。如表1所示：
H_Table1中的[4，4]表示以00开始的后缀在后缀索引中的区间只有第4行；
H Table1中的Null表示以01开始的后缀在后缀索引中找不到相应的区间；
H_Table1中的[5，6]表示以10开始的后缀在后缀索引中的区间从第5行到第6行；
H_Table1中的[7，8]表示以11开始的后缀在后缀索引中的区间从第7行到第8行；
H_Table2中的[4，4]表示以00#开始的后缀在后缀索引中的区间只有第4行；
H Table2中的Null表示以01#开始的后缀在后缀索引中找不到相应的区间；
H_Table2中的[5，5]表示以10#开始的后缀在后缀索引中的区间只有第5行；
H Table2中的Null表示以11#开始的后缀在后缀索引中找不到相应的区间。
表1哈希表的键-值
| Index | H_Table1 | H_Table2 |
| 00 | [4，4] | [4，4] |
| 01 | Null | Null |
| 10 | [5，6] | [5，5] |
| 11 | [7，8] | Null |
给定一个IP地址，与其匹配的IP前缀的中间字符不可能是#。所以，给定通配符x(x可以为1或者0)，则IP地址11xx是有可能匹配110#和1100#110#的；而IP地址xx11不可能匹配110#和1100#110#的。这也就是为什么H_Table1中的11表项为[7，8]，H_Table2中的11表项为空的原因。
从上述可知，IPv6的地址长度为128bit，因此以8bit为单位构建16个哈希表，分别为H_Table1～H_Table16。则H_Table1～15记录所有以00000000～11111111开始的后缀在后缀索引中的区间；H_Table16记录所有以00000000#～11111111#开始的后缀在后缀索引中的区间。
在具体的实施过程中，所述步骤S4通过二分查找法查找匹配的后缀索引区间的具体过程如下：
(1)首先对目的IP地址第8段在H_Table8内查找匹配的后缀索引区间，若查找到匹配的后缀索引区间，则记录匹配的后缀索引区间所在的哈希表对应的段数，然后执行步骤(2)，否则执行步骤(10)；
(2)对目的IP地址第12段在H_Table12内查找匹配的后缀索引区间，若查找到匹配的后缀索引区间，则记录匹配的后缀索引区间所在的哈希表对应的段数，然后执行步骤(3)，否则执行步骤(7)；
(3)对目的IP地址第14段在H_Table14内查找匹配的后缀索引区间，若查找到匹配的后缀索引区间，则记录匹配的后缀索引区间所在的哈希表对应的段数，然后执行步骤(4)，否则执行步骤(6)；
(4)对目的IP地址第15段在H_Table15内查找匹配的后缀索引区间，若查找到匹配的后缀索引区间，则记录匹配的后缀索引区间所在的哈希表对应的段数，然后执行步骤(5)；
(5)对目的IP地址第16段在H_Table16内查找匹配的后缀索引区间，若查找到匹配的后缀索引区间，则记录匹配的后缀索引区间所在的哈希表对应的段数；
(6)对目的IP地址第13段在H_Table13内查找匹配的后缀索引区间，若查找到匹配的后缀索引区间，则记录匹配的后缀索引区间所在的哈希表对应的段数；
(7)对目的IP地址第10段在H_Table10内查找匹配的后缀索引区间，若查找到匹配的后缀索引区间，则记录匹配的后缀索引区间所在的哈希表对应的段数，然后执行步骤(8)，否则执行步骤(9)；
(8)对目的IP地址第11段在H_Table11内查找匹配的后缀索引区间，若查找到匹配的后缀索引区间，则记录匹配的后缀索引区间所在的哈希表对应的段数；
(9)对目的IP地址第9段在H_Table9内查找匹配的后缀索引区间，若查找到匹配的后缀索引区间，则记录匹配的后缀索引区间所在的哈希表对应的段数；
(10)对目的IP地址第4段在H_Table4内查找匹配的后缀索引区间，若查找到匹配的后缀索引区间，则记录匹配的后缀索引区间所在的哈希表对应的段数，然后执行步骤(11)，否则执行步骤(14)；
(11)对目的IP地址第6段在H_Table6内查找匹配的后缀索引区间，若查找到匹配的后缀索引区间，则记录匹配的后缀索引区间所在的哈希表对应的段数，然后执行步骤(12)，否则执行步骤(13)；
(12)对目的IP地址第7段在H_Table7内查找匹配的后缀索引区间，若查找到匹配的后缀索引区间，则记录匹配的后缀索引区间所在的哈希表对应的段数；
(13)对目的IP地址第5段在H_Table5内查找匹配的后缀索引区间，若查找到匹配的后缀索引区间，则记录匹配的后缀索引区间所在的哈希表对应的段数；
(14)对目的IP地址第2段在H_Table2内查找匹配的后缀索引区间，若查找到匹配的后缀索引区间，则记录匹配的后缀索引区间所在的哈希表对应的段数，然后执行步骤(15)，否则执行步骤(16)；
(15)对目的IP地址第3段在H_Table3内查找匹配的后缀索引区间，若查找到匹配的后缀索引区间，则记录匹配的后缀索引区间所在的哈希表对应的段数；
(16)对目的IP地址第1段在H_Table1内查找匹配的后缀索引区间，若查找到匹配的后缀索引区间，则记录匹配的后缀索引区间所在的哈希表对应的段数。
本实施例中，定义F为字符串T的所有后缀按字典顺序排序后的首字符组成的数组；定义BWT为字符串T的所有后缀按字典顺序排序后的最后一个字符组成的数组；则所述步骤S5进行段内回溯查找的具体步骤如下：
S101.根据记录的段数，将下一段内的目的IP地址倒置，其最后一个字符在F中的起始位置标记为First，结束位置标记为Last；
S102.查询First与Last之间的所有行对应的BWT中是否存在与倒置的IP地址的倒数第i个字符相同的字符，i的初始值为2；
S103.若是则将这些字符映射在F中，这些字符在F中的相应起始位置、结束位置标记为First、Last；
S104.令i＝i+1然后利用步骤S3得到的First、Last重复执行步骤S103直至查询不到匹配项，此时得到最长匹配后缀。
S105.输出目的IP的路由信息。
实施例2
本实施例提供了一种应用实施例1方法的系统，如图3所示，其具体的方案如下：
包括索引构造模块和索引查询模块，索引构造模块用于构建后缀索引和哈希表，所述索引查询模块用于哈希表的查找和段内回溯查找。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种基于后缀索引匹配IP地址的方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1.对IP路由数据构建后缀索引；
S2.将IPv6地址平均分为k段，然后分别为每段IPv6地址构建不同的哈希表，每张哈希表存放段内不同后缀在后缀索引中的区间值；
S3.对于给定的目的IP地址，将其平均分为k段，然后将k段目的IP地址通过二分查找法在k张哈希表中查找匹配的后缀索引区间，并记录匹配的后缀索引区间所在的哈希表对应的段数；
S4.根据记录的段数进行段内回溯查找，输出目的IP的路由信息；
其中，所述步骤S1构建后缀索引的具体过程如下：
IP路由数据中的各个IPv6地址对应的前缀构成集合S，集合S中的每个前缀视为一个字符串并在末尾添加#，#<0<1，即每个IPv6地址包括有129个后缀；将集合S中的所有前缀首尾相连组成一个字符串T，构建字符串T的后缀索引；
其中，所述步骤S2构建哈希表的具体过程如下：
将IPv6地址平均分为16段，然后为各段IPv6地址分别构建一个哈希表，16个哈希表分别为H_Table1～H_Table16，其中H_Table1～H_Table15内分别记录有各自段内的所有以00000000～11111111开始的后缀在后缀索引中的区间值；H_Table16记录所有段内的所有以00000000#～11111111#开始的后缀在后缀索引中的区间值；
其中，所述步骤S3通过二分查找法查找匹配的后缀索引区间的具体过程如下：
(1)首先对目的IP地址第8段在H_Table8内查找匹配的后缀索引区间，若查找到匹配的后缀索引区间，则记录匹配的后缀索引区间所在的哈希表对应的段数，然后执行步骤(2)，否则执行步骤(10)；
(2)对目的IP地址第12段在H_Table12内查找匹配的后缀索引区间，若查找到匹配的后缀索引区间，则记录匹配的后缀索引区间所在的哈希表对应的段数，然后执行步骤(3)，否则执行步骤(7)；
(3)对目的IP地址第14段在H_Table14内查找匹配的后缀索引区间，若查找到匹配的后缀索引区间，则记录匹配的后缀索引区间所在的哈希表对应的段数，然后执行步骤(4)，否则执行步骤(6)；
(4)对目的IP地址第15段在H_Table15内查找匹配的后缀索引区间，若查找到匹配的后缀索引区间，则记录匹配的后缀索引区间所在的哈希表对应的段数，然后执行步骤(5)；
(5)对目的IP地址第16段在H_Table16内查找匹配的后缀索引区间，若查找到匹配的后缀索引区间，则记录匹配的后缀索引区间所在的哈希表对应的段数；
(6)对目的IP地址第13段在H_Table13内查找匹配的后缀索引区间，若查找到匹配的后缀索引区间，则记录匹配的后缀索引区间所在的哈希表对应的段数；
(7)对目的IP地址第10段在H_Table10内查找匹配的后缀索引区间，若查找到匹配的后缀索引区间，则记录匹配的后缀索引区间所在的哈希表对应的段数，然后执行步骤(8)，否则执行步骤(9)；
(8)对目的IP地址第11段在H_Table11内查找匹配的后缀索引区间，若查找到匹配的后缀索引区间，则记录匹配的后缀索引区间所在的哈希表对应的段数；
(9)对目的IP地址第9段在H_Table9内查找匹配的后缀索引区间，若查找到匹配的后缀索引区间，则记录匹配的后缀索引区间所在的哈希表对应的段数；
(10)对目的IP地址第4段在H_Table4内查找匹配的后缀索引区间，若查找到匹配的后缀索引区间，则记录匹配的后缀索引区间所在的哈希表对应的段数，然后执行步骤(11)，否则执行步骤(14)；
(11)对目的IP地址第6段在H_Table6内查找匹配的后缀索引区间，若查找到匹配的后缀索引区间，则记录匹配的后缀索引区间所在的哈希表对应的段数，然后执行步骤(12)，否则执行步骤(13)；
(12)对目的IP地址第7段在H_Table7内查找匹配的后缀索引区间，若查找到匹配的后缀索引区间，则记录匹配的后缀索引区间所在的哈希表对应的段数；
(13)对目的IP地址第5段在H_Table5内查找匹配的后缀索引区间，若查找到匹配的后缀索引区间，则记录匹配的后缀索引区间所在的哈希表对应的段数；
(14)对目的IP地址第2段在H_Table2内查找匹配的后缀索引区间，若查找到匹配的后缀索引区间，则记录匹配的后缀索引区间所在的哈希表对应的段数，然后执行步骤(15)，否则执行步骤(16)；
(15)对目的IP地址第3段在H_Table3内查找匹配的后缀索引区间，若查找到匹配的后缀索引区间，则记录匹配的后缀索引区间所在的哈希表对应的段数；
(16)对目的IP地址第1段在H_Table1内查找匹配的后缀索引区间，若查找到匹配的后缀索引区间，则记录匹配的后缀索引区间所在的哈希表对应的段数。
2.根据权利要求1所述的基于后缀索引匹配IP地址的方法，其特征在于：
定义F为字符串T的所有后缀按字典顺序排序后的首字符组成的数组；
定义BWT为字符串T的所有后缀按字典顺序排序后的最后一个字符组成的数组；
所述步骤S4进行段内回溯查找的具体步骤如下：
S101.根据记录的段数，将下一段内的目的IP地址倒置，其最后一个字符在F中的起始位置标记为First，结束位置标记为Last；
S102.查询First与Last之间的所有行对应的BWT中是否存在与倒置的IP地址的倒数第i个字符相同的字符，i的初始值为2；
S103.若是则将这些字符映射在F中，这些字符在F中的相应起始位置、结束位置标记为First、Last；
S104.令i＝i+1然后利用步骤S101得到的First、Last重复执行步骤S103直至查询不到匹配项，此时得到最长匹配后缀；
S105.输出目的IP的路由信息。
3.一种根据权利要求1或2方法的系统，其特征在于：包括索引构造模块和索引查询模块，索引构造模块用于构建后缀索引和哈希表，所述索引查询模块用于哈希表的查找和段内回溯查找。
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| CN201710188598.5A CN106953806B (zh) | 2017-03-27 | 2017-03-27 | 一种基于后缀索引匹配ip地址的方法及系统 |
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| PB01 | Publication | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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