CN112235198A - 一种基于fpga实现的多用户tcam掩码匹配算法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于FPGA实现的多用户TCAM掩码匹配算法，包括以下步骤：软件通过命令行获取用户配置然后做运算，将对应的bit变为0；从之前配置的表项里依次读取各个CFG_IP_MASK_DATA做比较；根据比较的大小关系，放到合适的位置；如果表项合适的位置被其他规则占用；将CFG_MASK_DATA的数据，放到与CFG_IP_MASK_DATA排序的相同位置；设备接收到数据后，通过内部解析模块，提取IP_DATA；根据二分法原理，读取表项中间的规则，获得IP_MASK_DATA值；将IP_MASK_DATA与CFG_MASK_DATA做比较，根据比较的大小来判断继续去上半部分查找还是去下半部分查找；经过多次查找和比较，最终可以明确是否可以命中当前配置的表项，且当命中后可以得知命中的CFG_AD值。本发明与现有技术相比的优点在于：既可以将成本降下来，同时将规格条目数增加。
Description
技术领域
本发明涉及数据网络通信技术领域，具体是指一种基于FPGA实现的多用户TCAM掩码匹配算法。
背景技术
数据网络通信过程中对IP报文进行交换和路由时，需要对IP某段进行匹配或者某些单bit的模糊匹配查找，通过模糊查找可以实现少量的规则数据就满足实际使用需求。
传统路由器为了满足性能要求一般会使用硬件TCAM来实现。TCAM(ternarycontent addressable memory)是一种三态内容寻址存储器，主要用于快速查找ACL、路由等表项。它是从CAM的基础上发展而来的。一般的CAM存储器中每个bit位的状态只有两个，“0”或“1”，而TCAM中每个bit位有三种状态，除掉“0”和“1”外，还有一个“don’tcare”状态，所以称为“三态”，它是通过掩码来实现的，正是TCAM的这个第三种状态特征使其既能进行精确匹配查找，又能进行模糊匹配查找，但是由于TCAM存在价格昂贵，同时条目数较少等问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服以上技术缺陷，提供一种基于FPGA实现的多用户TCAM掩码匹配算法，利用FPGA通过算法实现TCAM功能的方法，既可以将成本降下来，同时将规格条目数增加。
为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案为：一种基于FPGA实现的多用户TCAM掩码匹配算法，包括以下步骤：
步骤1：软件通过命令行获取用户配置的CFG_IP_DATA和CFG_MASK_DATA；
步骤2：将获取到的CFG_IP_DATA和CFG_MASK_DATA做运算，将对应CFG_IP_DATA的掩码掩掉的bit变为0，运算后CFG_IP_DATA变为了CFG_IP_MASK_DATA；
步骤3：从之前配置的表项里依次读取各个CFG_IP_MASK_DATA与当前配置CFG_IP_MASK_DATA做比较；
步骤4：根据比较的大小关系，将该条规则按照规定的顺序放到表项合适的位置；
步骤5：如果表项合适的位置被其他规则占用，需要调整移动之前的规则，以保证该条规则可以放入符合要求的位置；
步骤6：将CFG_MASK_DATA的数据，放到与CFG_IP_MASK_DATA排序的相同位置；
步骤7：同时将CFG_AD即相关的动作和出端口信息放入与CFG_IP_MASK_DATA相同位置的另个缓存里；
步骤8：设备接收到数据后，通过内部解析模块，提取IP_DATA；
步骤9：根据二分法原理，读取表项中间的规则，获取CFG_IP_DATA和CFG_MASK_DATA两组数据；
步骤10：将CFG_MASK_DATA与IP_DATA做运算，获得IP_MASK_DATA值；
步骤11：将IP_MASK_DATA与CFG_MASK_DATA做比较，根据比较的大小来判断继续去上半部分查找还是去下半部分查找；
步骤12：经过多次查找和比较，最终可以明确是否可以命中当前配置的表项，且当命中后可以得知命中的CFG_AD值。
步骤1～7中的软件配置中可以并行支持多个用户的配置，FPGA提供多个缓存供多个用户进行配置。
本发明与现有技术相比的优点在于：通过二分法算法来解决TCAM掩码匹配问题，利用FPGA通过算法实现TCAM功能的方法，既可以将成本降下来，同时将规格条目数增加。
附图说明
图1是本发明一种基于FPGA实现的多用户TCAM掩码匹配算法的软件配置掩码规则时的工作流程图结构示意图。
图2是本发明一种基于FPGA实现的多用户TCAM掩码匹配算法的对输入的数据进行掩码规则匹配流程工作图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明。
一种基于FPGA实现的多用户TCAM掩码匹配算法，包括以下步骤：
步骤1：软件通过命令行获取用户配置的CFG_IP_DATA和CFG_MASK_DATA；
步骤2：将获取到的CFG_IP_DATA和CFG_MASK_DATA做运算，将对应CFG_IP_DATA的掩码掩掉的bit变为0，运算后CFG_IP_DATA变为了CFG_IP_MASK_DATA；
步骤3：从之前配置的表项里依次读取各个CFG_IP_MASK_DATA与当前配置CFG_IP_MASK_DATA做比较；
步骤4：根据比较的大小关系，将该条规则按照规定的顺序放到表项合适的位置；
步骤5：如果表项合适的位置被其他规则占用，需要调整移动之前的规则，以保证该条规则可以放入符合要求的位置；
步骤6：将CFG_MASK_DATA的数据，放到与CFG_IP_MASK_DATA排序的相同位置；
步骤7：同时将CFG_AD即相关的动作和出端口信息放入与CFG_IP_MASK_DATA相同位置的另个缓存里；
步骤8：设备接收到数据后，通过内部解析模块，提取IP_DATA；
步骤9：根据二分法原理，读取表项中间的规则，获取CFG_IP_DATA和CFG_MASK_DATA两组数据；
步骤10：将CFG_MASK_DATA与IP_DATA做运算，获得IP_MASK_DATA值；
步骤11：将IP_MASK_DATA与CFG_MASK_DATA做比较，根据比较的大小来判断继续去上半部分查找还是去下半部分查找；
步骤12：经过多次查找和比较，最终可以明确是否可以命中当前配置的表项，且当命中后可以得知命中的CFG_AD值。
步骤1～7中的软件配置中可以并行支持多个用户的配置，FPGA提供多个缓存供多个用户进行配置。
如果支持64K条目的话，则是2^16条，二分法最差16拍就可以查出结果，如果将资源复制16份，利用FPGA内部的pipeline模式可以实现线速查找。
本发明通过二分法算法来解决TCAM掩码匹配问题，利用FPGA通过算法实现TCAM功能的方法，替代了硬件TCAM芯片，实现降成本，同时将规格条目数增加，另外减少硬件PCB板的空间。
以上对本发明及其实施方式进行了描述，这种描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。总而言之如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。
Claims (2)
1.一种基于FPGA实现的多用户TCAM掩码匹配算法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1：软件通过命令行获取用户配置的CFG_IP_DATA和CFG_MASK_DATA；
步骤2：将获取到的CFG_IP_DATA和CFG_MASK_DATA做运算，将对应CFG_IP_DATA的掩码掩掉的bit变为0，运算后CFG_IP_DATA变为了CFG_IP_MASK_DATA；
步骤3：从之前配置的表项里依次读取各个CFG_IP_MASK_DATA与当前配置CFG_IP_MASK_DATA做比较；
步骤4：根据比较的大小关系，将该条规则按照规定的顺序放到表项合适的位置；
步骤5：如果表项合适的位置被其他规则占用，需要调整移动之前的规则，以保证该条规则可以放入符合要求的位置；
步骤6：将CFG_MASK_DATA的数据，放到与CFG_IP_MASK_DATA排序的相同位置；
步骤7：同时将CFG_AD即相关的动作和出端口信息放入与CFG_IP_MASK_DATA相同位置的另个缓存里；
步骤8：设备接收到数据后，通过内部解析模块，提取IP_DATA；
步骤9：根据二分法原理，读取表项中间的规则，获取CFG_IP_DATA和CFG_MASK_DATA两组数据；
步骤10：将CFG_MASK_DATA与IP_DATA做运算，获得IP_MASK_DATA值；
步骤11：将IP_MASK_DATA与CFG_MASK_DATA做比较，根据比较的大小来判断继续去上半部分查找还是去下半部分查找；
步骤12：经过多次查找和比较，最终可以明确是否可以命中当前配置的表项，且当命中后可以得知命中的CFG_AD值。
2.根据权利要求1所述的一种基于FPGA实现的多用户TCAM掩码匹配算法，其特征在于：步骤1～7中的软件配置中可以并行支持多个用户的配置，FPGA提供多个缓存供多个用户进行配置。
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