CN114050997B

CN114050997B - 根据查表处理封包的方法和系统

Info

Publication number: CN114050997B
Application number: CN202110812109.5A
Authority: CN
Inventors: 萧义龙; 周智良
Original assignee: Meishang Guanghe Technology Co ltd
Current assignee: Meishang Guanghe Technology Co ltd
Priority date: 2020-07-23
Filing date: 2021-07-19
Publication date: 2023-06-09
Anticipated expiration: 2041-07-19
Also published as: US20220029923A1; TWI778716B; CN114050997A; TW202220415A; US11711305B2

Abstract

本发明提供了一种根据查表处理封包的方法和系统，其特征在于，该方法包括：接收封包，封包包括封包表头，封包表头包含控制信息；提供M个条目的查找表，其中每个条目包括N个条件和结果/动作指示符，M个条目按优先级排序；将信息与N个条件匹配；并在匹配结果上具有最高优先级的匹配条目结果/动作指示符应用在封包上。

Description

根据查表处理封包的方法和系统

技术领域

本发明涉及一种根据查表进行分组处理的方法和系统，更具体地，涉及一种用于硬件查表以搜索优先(search prioritized)、多条件(multi-condition)和包含通配符(wildcard)的表条目的方法和系统。

背景技术

传统上，有几种现有方法来实现查找表。一种是使用所谓的CAM(Content-Addressable Memory)，另一种是通过使用Hash Function(散列函式)来计算表索引。

内容可寻址存储器(CAM)可以指在某些超高速搜寻应用中使用的特殊类型的存储器。它也称为内容寻址存储器，它包括针对存储数据表的输入搜寻数据，并回传匹配数据的地址。

CAM还经常用于网络设备中，因为CAM加速了转发信息库和路由表操作。这种关联存储器也用于快取存储器。在关联快取存储器中，地址和内容并排存储。当地址匹配时，从快取存储器中取出相应的内容。

此外，散列函数是可用于将任意大小的数据映射到固定大小值的任何函数。散列函数返回的值称为散列值、杂凑值、摘要或简称为散列。这些值通常用于索引称为散列表的固定大小表。使用散列函数索引散列表称为散列寻址或分散存储寻址。

然而，使用CAM或散列解决方案会导致更高的成本和电路复杂性。就功能而言，搜索小型查找表不一定需要CAM或散列解决方案。在某些情况下，考虑到目标市场和销售价格，它不符合产品要求。

发明内容

本发明涉及一种根据查表进行分组处理的方法和系统，更具体地，涉及一种用于硬件查表以搜索优先、多条件和包含通配符的表条目的方法和系统。

根据本发明，本发明提供了一种根据查表处理封包的方法，包括：接收封包，封包包括封包表头，该封包表头由控制信息组成；提供M个条目的查找表，其中每个条目包括N个条件和结果/动作指示符，M个条目按优先级排序；将信息与N个条件匹配；并在匹配结果上具拥有有最高优先级的匹配条目结果/动作指示符应用在封包上。

较佳地，对于封包表头中的每个信息，匹配后给出一个位元图阵列。

较佳地，将自封包表头中每个信息搜寻后的位元图阵列用逻辑或闸(logic OR)程序处理以合并位元阵列。

较佳地，所有合并后的位元阵列以逻辑及闸(logicAND)程序进行处理以产生具有优先级的最终简化位元图阵列。

较佳地，结果/动作指示符指示让封包通过、丢弃封包、转发封包或修改数据封包表头的内容。

较佳地，封包表头的信息包括IP版本、源/目的IP地址、生存时间计数、源/目的MAC地址、VLAN标签、TCP/UDP源/目的端口号码及其他通讯协议。

较佳地，优先级由软件排序。

根据本发明，本发明提供一种根据查表处理封包的系统，包括：接收器，用于接收封包，其中包包括封包表头，封包表头由控制信息组成；存储器，存储有M个表项的查找表，其中每个表项包括N个条件和结果/动作指示，M个表项按优先级排序；以及处理器，其中处理器将信息与N个条件匹配，并将在匹配上具拥有有最高优先级的匹配条目结果/动作指示符应用在封包上。

较佳地，将自封包表头中每个信息的位元阵列用逻辑或闸(logic OR)程序处理以合并位元阵列。

较佳地，所有合并后的位元阵列以逻辑及闸(logicAND)程序进行处理以产生具有优先级的最终简化位元阵列。

较佳地，优先级由软件排序。

附图说明

图1A-1D示出了本发明的示例性实施例；以及

图2A-2D说明了本发明的一般实施例。

具体实施方式

除非另外定义，否则本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属领域的技术人员通常理解的相同的含义。将进一步理解术语；例如在常用词典中定义的那些，应被解释为具有与其在相关技术和本公开的上下文中的含义一致的含义，并且除非明确如此定义，否则不会以理想化或过于正式的含义进行解释在此处。

在整个说明书中对“一个实施例”或“一个实施例”的引用意味着结合该实施例描述的特定特征、结构或特性被封包括在至少一个实施例中。因此，在本说明书各处出现的短语“在一个实施例中”或“在一个实施例中”不一定都指代相同的实施例。此外，特定特征、结构或特性可以在一个或多个实施例中以任何合适的方式组合。

参考图1和2。图1A-1D示出了本发明的一个实施例。首先参考图1A，图1A示出了查找表100(Lookup table)。查找表100包括四个条目(Entry)，每个条目标记为条目1(Entry1)、条目2(Entry 2)、条目3(Entry3)和条目4(Entry 4)。这四个条目被预先确定，并且优先级为从高到低，即从条目1到条目4。每个条目包括两个条件(condition)和一个结果/行动指示符(result/action indicator)。每个条件都标记为条件1(condition 1)和条件2(condition 2)。

需要说明的是，条目的数量不仅限于四个，条件的数量也不仅限于两个。本实施例中的条目和条件的数量主要是为了示例，不应限制本发明的范围。

在本实施例中，条件1代表源IP(以下称为“Src IP”,Source IP)，条件2代表目的IP(以下称为“Dst IP”,destination IP)。从图1A中可以看出，对于Src IP，也可以理解为Condition 1 Src IP 101的Lookup table，对于Dst IP，也可以理解为Condition 2 SrcIP 102的Lookup table。进一步，查找表100可以在任何类型的存储器上实现。

在Entry 3的Condition 1中，条件为“Src IP:Any Value”，这样的条件意味着无论进来什么值，匹配总是为真。或者，也可以理解为，无论进来什么值，匹配总会成立(或一直匹配)。任何值也可以称为通配符，如条件1Src IP 101的查找表和条件2Dst IP 102的查找表中所示。

接下来参考图1B，接收分组103。封包103包括具有Src IP 3.3.3.3和Dst IP4.4.4.4的数据封包表头信息(例如IP表头,IP header)(在一些其他实施例中，数据封包表头可以包括其他信息，例如源MAC地址、目的地MAC地址、以太网类型信息等)。根据本发明，IP表头的Src IP3.3.3.3将被处理以确定该Src IP匹配哪个条目的条件1，并且IP表头的Dst IP 4.4.4.4将被处理以确定该Dst IP匹配哪个条目的条件2.从图1B中可以看出，IP表头的Src IP 3.3.3.3将根据Condition 1Src IP 101的Lookup table进行处理，IP header的Dst IP 4.4.4.4将根据Condition 2 Src IP的Lookup table进行处理102。

接下来参考图1C。由于IP表头的Src IP是3.3.3.3，这样的Src IP不匹配Entry 1的Condition 1，匹配Entry 2的Condition 1，不匹配Entry 4的Condition 1，匹配Entry 3的Condition 1，因为这样的条件是通配符(任何值都将匹配，如上所述)。

进一步参考Condition 1 Src IP 101的Lookup table的位元图阵列(bitmaparray)，对于Entry 1，没有匹配，因此位元图阵列可以表示为0.0.0.0。对于Entry 2，有一个匹配，因此位元图阵列可以表示为0.0.1.0。对于Entry4，没有匹配，因此位元图阵列可以表示为0.0.0.0。对于Entry3，存在匹配，因此位元图阵列可以表示为0.1.0.0。然后通过OR逻辑闸计算四个位元图阵列。因此，对于IP表头的Src IP 3.3.3.3，它匹配Entry 2和Entry3，这个结果可以简化为0.1.1.0的简化位元图阵列。

进一步参考Condition 2 Dst IP 101的Lookup table的位元图阵列，对于Entry1，没有匹配，因此位元图阵列可以表示为0.0.0.0。对于Entry2，有一个匹配，因此位元图阵列可以表示为0.0.1.0。对于Entry 3，没有匹配，因此位元图阵列可以表示为0.0.0.0。对于Entry 4，有一个匹配，因此位元图阵列可以表示为1.0.0.0。然后通过OR逻辑闸计算四个位元图阵列。因此，对于IP表头的Dst IP 4.4.4.4，它匹配Entry 2和Entry 4，这个结果可以简化为1.0.1.0的简化位元图阵列。

此外，接下来通过AND逻辑闸110处理两个简化位元图阵列，位元图阵列0.1.1.0和位元图阵列1.0.1.0，以实现优先级条件，如图1C所示。

接下来参考图1D。由于每个条目都有优先级，本实施例中Entry 1到Entry 4的优先级是从高到低，因此，经过AND逻辑处理后，最终的位元图阵列为0.0.1.0，如图.1D。也就是说，对于IP表头的3.3.3.3Src IP和4.4.4.4Dst IP，只有Entry 2符合所有条件。位元图阵列也可称为位元图矢量(bit map vector)。

根据查找表和匹配，该封包将被丢弃(drop packet)，因为匹配条目的结果/动作是丢弃该封包。

需要说明的是，如果多个条目匹配所有条件，则仅选择具有最高优先级的条目，并将其对应的结果/动作应用于该封包。

此外，结果/动作不仅限于“让封包通过”和“丢弃封包”。结果/动作也可能是“修改封包表头的内容”。本领域普通技术人员可以对这样的结果/动作进行修改或具有其他实现方式。

还需要说明的是，在查找之后生成位元图索引(bit map index)。此外，对于每个位元图索引，它指向存储在存储空间中的位元图阵列(也称为位元图矢量)。

接下来参考图1和2。图2A-2D示出了本发明的一般实施例，用于一般查找表匹配和相应的分组处理过程。如图2A所示，查找表200包括M个条目，每个条目标记为条目1、条目2……到条目M。优先级是从上到下(即从条目1到条目M)从高到低.每个条目包括N个条件，标记为条件1,条件2…to条件N。每个条目在条件N之后都有一个结果/动作区域(如前述之结果/动作指示符)。对于查表操作，就是找出满足多个条件并且是最高优先级的匹配条目。

条目的数量不受限制。例如，条目的数量可以是20。此外，条件的数量不受限制。例如，条件的数目可以是30，本领域普通技术人员可以根据自己的需要改变这些数目。

本发明的一般目的之一可以是针对组合搜索条件找出对应的结果/动作(即，如何处理分组)。例如，根据不同类型的数据封包表头的组合字段来区分不同类型的网络封包，并对封包采取相应的动作。再例如，根据组合条件找出封包的相应输出端口/队列。再举一个例子，设计一个事件触发机制，在设定多个匹配条件下触发一个事件。

接着参考图2B，需要说明的是，每个表项的优先级是由软件排序的。排序对于本领域普通技术人员来说是公知的，为方便起见，不再赘述。此外，使用分而治之的方法来并行检查每个匹配条件与所有指定的匹配值。

接下来参考图2C，匹配条件的每个匹配值具有对应的位元图阵列，其指示哪些表条目请求对值进行精确匹配。此外，每个匹配条件都有一个对应的通配符位元图阵列，用于指示哪些表项总是满足条件。

如图2C所示，对于条件X(条件X可以是条件1、条件2……或条件N)，每个条目的每个条件X都存储有一个值(例如前面描述的条件)实施例、4.4.4.4、6.6.6.6或其他)。然后位元图阵列将由OR逻辑闸处理，以生成条件X的简化位元图阵列，并指示优先级。

最后参考图2D，其中通过AND逻辑闸处理每个条件的每个位元图阵列。然后将根据属于具有最高优先级的匹配条目的结果/操作来处理该封包。

此外，对于匹配条件，合并(使用OR逻辑闸)所有匹配值的位元图元阵列和通配符位元图阵列以获得单条件结果位元图阵列，其中叙速哪些表条目满足匹配条件。

对于所有匹配条件，合并(使用AND逻辑闸)所有单条件结果位阵列以获得最终的多条件结果位元图阵列，其中叙述哪些表条目满足所有匹配条件。

位元图阵列的序列代表每个表条目的优先级。检查最终的多条件结果位元图阵列以找出具有最高优先级的匹配条目。

对于查表操作，是找出满足多个条件且优先级最高的匹配条目。

在逻辑及闸(使用OR逻辑闸)运算之后，在位元图阵列中定义优先级顺序。优先级顺序可以是从MSB到LSB或从LSB到MSB，这取决于硬件实现方法。优先级顺序取决于应用程序要求，并且软件能够重新排列顺序。

综上所述，本发明将一个大的查找表(逻辑的)划分为若干个小的查找表(物理上的)，每个小查找表与表项的匹配条件相关联。此外，所谓的小查找表是由有限数量的合法匹配值产生的，这对于某些查找应用程序来说已经足够了。因此，查找操作不需要CAM或散列解决方案。

总之，最合适的查找算法能够分别应用于每个表以获得最佳性能，这取决于每个表的匹配条件。

此外，本发明可以应用于各种通信和网络设备。此外，本发明还可以应用于需要具有优先级、多条件和包含通配符的条目的表查找操作的所有硬件设计。

综上所述，本发明提供了一种可扩展的硬件查表方法来搜索优先级、多条件和包含通配符的表项，其中优先级表项通过软件进行排序，这种设计降低了硬件复杂度并增加了硬件搜寻速度表现。

此外，在本发明中，同时进行多个条件的匹配过程以减少查表响应时间。

此外，包含通配符的设计提供了指定匹配值的灵活性，因此增加了表的利用率。

还需要说明的是，封包表头的控制信息可以包括MAC表头、VLAN标签、IP表头、TCP表头、UDP表头等。封包表头对于本领域的普通技术人员来说是众所周知的技术。

可见本发明在突破先前的技术下，确实已达到所想要增进的功效，且也非本领域的技术人员容易想到的，其所具的进步性、实用性，显已符合专利的申请要件，因此依法提出专利申请。

以上所述仅为举例说明，而非为限制性者。其它任何未脱离本发明的精神与范畴，而对其进行的等效修改或变更，均应该包含于本申请的申请专利范围中。

符号说明

100、200 查找表

101 条件1的源IP查找表

102 条件2的目的地IP查找表

103 封包

110 AND逻辑

Claims

1.一种根据查表处理封包的方法，其特征在于，包括：

接收封包，其中该封包包含封包表头，该封包表头包含控制信息；

提供M个条目的查找表，其中每个条目包括N个条件和结果/动作指示符，M个条目按优先级排序；

将所述控制信息与N个条件匹配，并对于所述封包表头中的每个控制信息，匹配后给出一个位元图阵列；

以及

在匹配结果上拥有最高优先级的匹配条目结果/动作指示符应用在封包上。

2.如权利要求1所述的根据查表处理封包的方法，其特征在于：其中，自所述封包表头中每个控制信息的位元图阵列用逻辑或闸程序处理以合并位元图阵列。

3.如权利要求2所述的根据查表处理封包的方法，其特征在于：其中，将所有合并后的所述位元图阵列以所述逻辑及闸程序进行处理以产生具有优先级的最终简化位元图阵列。

4.如权利要求1所述的根据查表处理封包的方法，其特征在于：其中，结果/动作指示符指示让封包通过、丢弃封包、转发封包或修改数据封包表头的内容。

5.如权利要求1所述的根据查表处理封包的方法，其特征在于：其中，所述封包表头的控制信息包括IP版本、源/目的IP地址、生存时间计数、源/目的MAC地址、VLAN标签、TCP/UDP源/目的端口号码及其他通讯协议。

6.如权利要求1所述的根据查表处理封包的方法，其特征在于：其中，优先级由软件排序。

7.一种根据查表处理封包的系统，其特征在于，包括：

接收器，用于接收封包，其中封包括封包表头，该封包表头由控制信息组成；

存储器，存储有M个表项的查找表，其中每个表项包括N个条件和结果/动作指示，M个表项按优先级排序；以及

处理器，其中处理器将控制信息与N个条件匹配，并对于所述封包表头中的每个控制信息，匹配后给出一个位元图阵列，将结果/动作指示符应用在匹配的具有最高优先级的条目中的封包。

8.如权利要求7所述的根据查表处理封包的系统，其特征在于：其中，自所述封包表头中每个控制信息的位元图用逻辑或闸程序处理以合并位元图阵列。

9.如权利要求7所述的根据查表处理封包的系统，其特征在于：其中，将所有合并后的所述位元图阵列以逻辑与闸程序进行处理以产生具有优先级的最终简化位元图阵列。

10.如权利要求7所述的根据查表处理封包的系统，其特征在于：其中，结果/动作指示符指示让封包通过、丢弃封包、转发封包或修改数据封包表头的内容。

11.如权利要求7所述的根据查表处理封包的系统，其特征在于：其中，所述封包表头的控制信息包括IP版本、源/目的IP地址、生存时间计数、源/目的MAC地址、VLAN标签、TCP/UDP源/目的端口号码及其他通讯协议。

12.如权利要求7所述的根据查表处理封包的系统，其特征在于：其中，优先级由软件排序。