JP2003244208A - 最長一致検索方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 連想メモリの検索のスループットが高められ
た最長一致検索方法を提供する。 【解決手段】 有効ビット数が可変なＩＰアドレスとと
もに、そのＩＰアドレスの各ビットに対応して各ビット
が有効なビットであるか無効なビットであるかを識別す
るフラグ列を記憶しておき、検索にあたっては、記憶さ
れているＩＰアドレスの中から最長に一致するＩＰアド
レスを検索するための検索キーデータと有効ビット領域
を表わす検索マスクキーグローバルマスクのパターンと
を用いて二分検索法により検索を行なう。

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【発明の属する技術分野】本発明は、連想メモリを用い
て最長一致検索を行なう方法に関する。 【０００２】 【従来の技術】現在インターネットプロトコルでは、発
信元や受信先を特定するアドレスの枯渇問題の対策か
ら、例えば３２ビットのＩＰアドレスを構成するネット
ワーク部（ネットワークアドレス）とホスト部（ホスト
アドレス）との境目を自由に設定できる手法が採られて
きている。このような手法が採用されたインターネット
プロトコルのＩＰアドレスは、最長一致検索と呼ばれる
方法でそのアドレスの検索が行なわれる。以下、その最
長一致検索を行なう方法について述べる。 【０００３】インターネットプロトコルのＩＰアドレス
は、クラスレスサーチされる。クラスレスサーチとは、
上述した、ＩＰアドレスの枯渇間題に対処するために採
られた手法であり、このクラスレスサーチでは、ＩＰア
ドレス内のネットワークアドレスとホストアドレスとの
境目が自由に設定される。ここで、ＩＰアドレスのうち
のネットワークアドレスの長さはプレフィックス長と呼
ばれる。ルータ内の経路テーブルは、登録エントリ毎に
マスク長を持っていて、キーデータとの比較は、登録エ
ントリ毎のマスクを含めた検索により行なわれる。 【０００４】図９は、最長一致検索の説明図である。 【０００５】図９（Ａ）は、ルータが伝達を仲介しよう
としているネットワークパケット中のデスティネーショ
ンＩＰアドレスからなるキーデータであり、ここでは、
１８６．２４１．０．６であるとする。 【０００６】ルータ内には、図９（Ｂ）に示す２つのエ
ントリ、すなわちエントリ１：１８６．２４０．０．０
／１２、エントリ２：１８６．１９２．０．０／１０が
登録されているものとする。ここで、／１２，／１０は
各エントリのプレフィックス長を示すものであり、例え
ば／１２は、上位１２ビットがネットワークアドレスで
あることを示している。 【０００７】ここで、図９（Ａ）に示すキーデータが検
索対象として入力された（すなわち、図９（Ａ）に示す
デスティネーションＩＰアドレスを持ったネットワーク
パケットが入力された）とすると、両エントリ共に、各
エントリがもつプレフィックス長までキーデータと一致
するが、この場合、上位ビット側から最も長いビット長
部分が一致しているエントリ１のネットワークに対して
経路が開かれることになる。このように、上位ビット側
から最も長いビット長部分までキーデータと一致してい
るエントリを検索することを最長一致検索と称する。 【０００８】上記の最長一致検索を、連想メモリを使用
して実現することを考える。ここで、連想メモリとは、
複数のメモリ領域を備え、それら複数のメモリ領域それ
ぞれに所定のビット長のデータを格納しておき、キーデ
ータが入力され、マスクされたビットを除く残りのビッ
トについて、入力されたキーデータと一致するデータが
格納されたメモリ領域を検索する機能を有する一種のメ
モリである。連想メモリ自体は、既に広く知られた技術
であり、ここでは連想メモリ自体についての詳細説明は
省略する。 【０００９】上述した最長一致検索を、３値の連想メモ
リを使用して実現することを考えると以下のようにな
る。３値の連想メモリとは、１ビットごとに、そのビッ
トを検索の対象としないようにマスクすることができる
仕組みを持った連想メモリである。つまり、“０”、
“１”の内部状態以外に、“Ｄｏｎ’ｔ ｃａｒｅ”状
態を定義し、対象となるビットに対して“Ｄｏｎ’ｔ
ｃａｒｅ”状態にマスクすることができるものである。
一方、２値の連想メモリとは、上記“Ｄｏｎ’ｔｃａｒ
ｅ”状態を定義することなく、“０”、“１”の定義の
みで検索を行なうものである。２値の連想メモリを用い
た最長一致検索に関しては、特開平１１−２８４６５８
号公報に提案されている。ここでは、３値の連想メモリ
を用いた最長一致検索に関して、図１０を参照して説明
する。 【００１０】図１０は、３値の連想メモリを用いた最長
一致検索方法の説明図である。 【００１１】例えば、１エントリが６４ビットである連
想メモリについて最長一致検索を行なう場合、この図１
０に示すように、上位３２ビットにＩＰアドレスを登録
する。ここで、プレフィックス（ネットワークアドレ
ス）に当たる部分に関しては、マスクを行なわないよう
に設定する。残りの、ホストアドレスに当たるフィール
ドには、マスクの設定を行なう。さらに、下位３２ビッ
トにマスク長を登録する。このマスク長を設定したフィ
ールドは、すべてマスクしない状態で登録を行ない、す
べてのビットが、検索対象となる。以下に、この連想メ
モリを用いた最長一致検索方法における検索シーケンス
について説明する。 【００１２】連想メモリへのアドレス登録に関しては、
この図１０に示すように、プレフィックス長の長いもの
が、その連想メモリ内のテーブルの先頭（小さいアドレ
ス側）になるようにソートして登録される。検索に関し
ては、検索キーデータが入力されると、検索結果アドレ
スは、ヒットしたもののうち最小のものが出力されるた
め、例えば、検索キーデータとして、１８６．２４０．
０．２４０が与えられて検索が行なわれると、上記テー
ブル内のデータはすべて一致したことになるが、一致し
たエントリのうちの最小のエントリアドレスをもつエン
トリが最長一致検索結果となる。従って、１回の検索に
よって最長一致検索結果を得ることができる。 【００１３】 【発明が解決しようとする課題】しかし、上述した最長
一致検索方法では、プレフィックス長の長いものが、連
想メモリ内のテーブルの先頭になるようにソーティング
を行なって、エントリを登録する必要があるため、エン
トリの登録や削除が行なわれた場合、連想メモリの検索
のスループットがあがらなくなるという問題点がある。 【００１４】本発明は、上記事情に鑑み、連想メモリの
検索のスループットが高められた最長一致検索方法を提
供することを目的とする。 【００１５】 【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明の最長一致検索方法は、複数の被検索データを格納し
ておき、検索データにビット単位でマスクをかけて、そ
の検索データの、マスクをかけた無効ビット領域を除く
有効ビット領域のビットパターンと一致するビットパタ
ーンを、その有効ビット領域と同一のビット領域に有す
る被検索データを検索する連想メモリを用いた最長一致
検索方法において、有効ビット数が可変な被検索データ
とともに、その被検索データの各ビットに対応して各ビ
ットが有効なビットであるか無効なビットであるかを識
別するフラグ列を記憶しておき、検索にあたっては、記
憶されている被検索データの中から最長に一致する被検
索データを検索するための検索データと有効ビット領域
を表わすフラグパターンとを用いて二分検索法により検
索を行なうことを特徴とする。 【００１６】本発明の最長一致検索方法は、記憶されて
いる被検索データの中から最長に一致する被検索データ
を検索するにあたり、典型的には、フラグパターンを用
いて被検索データのうちの半分を有効ビット領域として
検索し、複数ヒットした場合はその有効ビット領域をさ
らに半分に狭めて検索し、ミスヒットした場合はその有
効ビット領域をさらに半分広げて検索するものであるた
め、後述する実施形態で説明するように、例えばＩＰア
ドレスが３２ビットの場合、６回の検索で済む。従っ
て、従来の、プレフィックス長の長いエントリが、連想
メモリ内のテーブルの先頭になるようにソーティングを
行なって登録する方法と比較し、エントリの登録や削除
が行なわれた場合であっても連想メモリの検索のスルー
プットを高めることができる。 【００１７】 【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
説明する。 【００１８】図１は、本発明の一実施形態の最長一致検
索方法が適用された連想メモリに設けられたＣＡＭテー
ブルにおけるエントリを示す図である。 【００１９】本実施形態の最長一致検索方法は、３値の
連想メモリを用いて最長一致検索を行なうものであり、
この３値の連想メモリには、ＣＡＭテーブルが設けられ
ている。このＣＡＭテーブルは、６４ビット構成のテー
ブルであり、上位３２ビットには、有効ビット数が可変
なＩＰアドレスが登録され、下位３２ビットには、その
ＩＰアドレスの各ビットに対応して各ビットが有効なビ
ットであるか無効なビットであるかを識別するフラグ列
が登録される。ここでは、図１（Ａ）に示すように、エ
ントリ１（１８６．２４０．０．０／１２）として、上
位３２ビットには、１２個の有効ビット数をもつＩＰア
ドレスとともに、下位３２ビットには、そのＩＰアドレ
スのプレフィックス長（１２）が登録されている。ま
た、エントリ２（１８６．１９２．０．０／１０）とし
て、上位３２ビットには、１０個の有効ビット数をもつ
ＩＰアドレスとともに、下位３２ビットには、そのＩＰ
アドレスのプレフィックス長（１０）が登録されてい
る。 【００２０】検索にあたっては、登録されているＩＰア
ドレスの中から最長に一致するＩＰアドレスを検索する
ための検索データと有効ビット領域を表わすフラグパタ
ーンとを用いて二分検索法により、以下のようにして検
索を行なう。 【００２１】図２は、１回目の検索を行なうための検索
データのフォーマットを示す図である。 【００２２】３値の連想メモリには、図１（Ａ）に示し
た３２ビットのＩＰアドレスが登録されている。ここ
で、１回目の検索を行なうための検索データとして、図
２に示す検索キーデータの上位３２ビットの部分に関し
ては、検索対象のＩＰアドレス（図１（Ａ）参照）が入
力され、下位３２ビットには、検索マスクキーデータ
（全て１）が登録されている。検索キーデータにかかる
検索キーデータグローバルマスクは、全て０である（マ
スクされていない）。 【００２３】ここで、検索マスクキーデータ部分への検
索のマスク（検索マスクキーグローバルマスク、即ちフ
ラグパターン）は、最初の時点では、ちょうど半分（１
６ビット分）の位置までグローバルマスクがかかった状
態である。このような状態で検索した結果、ヒットした
場合は、２回目の検索では検索マスクキーグローバルマ
スクは広げられ、逆に、ミスヒットした場合は狭められ
る。 【００２４】図３は、１回目の検索でヒットした場合
の、２回目の検索を行なうための検索データのフォーマ
ットを示す図である。 【００２５】１回目の検索でヒットした場合は、この図
３に示すような検索マスクキーグローバルマスクが作成
され、ＣＡＭテーブルヘ検索が行なわれる。即ち、検索
マスクキーグローバルマスクのビット３１からビット２
４までの８ビット分が１、ビット２３からビット０まで
の２４ビット分が０になるように広げられ、これにより
検索するためのデータ範囲が縮小される。 【００２６】図４は、１回目の検索でミスヒットした場
合の、２回目の検索を行なうための検索データのフォー
マットを示す図である。 【００２７】１回目の検索でミスヒットした場合は、こ
の図４に示すような検索マスクキーグローバルマスクが
作成され、ＣＡＭテーブルヘ検索が行なわれる。即ち、
検索マスクキーグローバルマスクのビット３１からビッ
ト８までの２４ビット分が１、ビット７からビット０ま
での８ビット分が０になるように狭められ、これにより
検索するためのデータ範囲が拡大される。 【００２８】図５は、二分検索法のアルゴリズムを示す
フローチャートである。 【００２９】先ず、ステップＳ１において、検索キー用
のグローバルマスクを１／２にする（検索マスクキーグ
ローバルマスクのビット３１からビット１６までの１６
ビット分を１、ビット１５からビット０までの１６ビッ
ト分を０に設定する）。 【００３０】次に、ステップＳ２において、１回目の検
索を行なう。 【００３１】さらに、ステップＳ３に進み、最終の検索
であるか否かが判定される。最終の検索であると判定さ
れた場合は後述するステップＳ７に進み、最終の検索で
ないと判定された場合はステップＳ４に進む。 【００３２】ステップＳ４では、検索した結果、ヒット
したか否かが判定される。ヒットしたと判定された場合
はステップＳ５に進み、図３を参照して説明したように
してグローバルマスクを１／２だけ広げてステップＳ２
に戻る。一方、ヒットしていない（ミスヒット）と判定
された場合はステップＳ６に進み、図４を参照して説明
したようにしてグローバルマスクを１／２だけ狭めてス
テップＳ２に戻る。 【００３３】ステップＳ７では、最終検索した結果がヒ
ットしたか否かが判定される。ヒットしたと判定された
場合はステップＳ８に進み、最終結果を出力してこの処
理を終了する。一方、ヒットしていないと判定された場
合はステップＳ９に進み、上記最終結果よりも１つ前の
結果を出力してこの処理を終了する。 【００３４】このように、検索マスクキーグローバルマ
スクを用いてＩＰアドレスのうちの半分を有効ビット領
域として検索し、複数ヒットした場合はその有効ビット
領域をさらに半分に狭めて検索し、ミスヒットした場合
はその有効ビット領域をさらに半分広げて検索する。Ｉ
Ｐアドレスは３２ビットであるため、６回（Ｎ＋１）
（ｌｏｇ２Ｎ＝３２，Ｎ＝５）の検索が必要であり、
（Ｎ＋１）回目（最後の検索）の検索結果がヒットであ
る場合は、最後の検索結果を出力し、最後の検索結果が
ミスヒットである場合には、ひとつ前の検索結果を出力
する。このように、３２ビットのＩＰアドレスの場合、
６回の検索で済む。従って、従来の、プレフィックス長
の長いエントリが、連想メモリ内のテーブルの先頭にな
るようにソーティングを行なって登録する方法と比較
し、エントリの登録や削除が行なわれた場合であっても
連想メモリの検索のスループットを高めることができ
る。 【００３５】図６は、本実施形態の最長一致検索方法が
適用された最長一致検索装置のブロック図、図７は、図
６に示す最長一致検索装置に登録されるエントリデータ
の構成を示す図、図８は、図６に示す最長一致検索装置
のタイミングチャートである。 【００３６】図６に示す最長一致検索装置１０にはＣＡ
Ｍメモリブロック１１が備えられており、このＣＡＭメ
モリブロック１１には、メンテナンスポートを経由して
入力されるデータに応じて、ＣＡＭデータ入出力制御回
路１２により各エントリに対応したデータが登録され、
必要に応じて追加、変更される。 【００３７】最長一致検索装置１０に対しての、検索デ
ータであるＩＰアドレスデータとしては、入力ポートか
ら対象となるＩＰアドレスが入力され、同時に検索開始
信号がアクティブにされることによって、最長一致検索
の起動がかかる。ＣＡＭメモリブロック１１に登録され
るエントリデータについては、図７に示すように、３２
ビットのＩＰアドレスと３２ビットのネットマスク長
（マスク情報）がある。 【００３８】図６に示す最長一致検索装置１０には、最
長一致検索制御回路１３が備えられており、この最長一
致検索制御回路１３にはクロックが入力され、この最長
一致検索制御回路１３は、入力されたクロックに同期し
て、ＣＡＭメモリブロック１１に登録された各エントリ
の中から所望のエントリを検索するための各部の制御を
行なう。 【００３９】また、図６に示す最長一致検索装置１０に
は、キーデータ生成回路１４およびプレフィックスデー
タ生成回路１５が備えられている。キーデータ生成回路
１４には、入力ポートを経由して検索用キーデータの基
になる入力データ（ディスティネーションＩＰアドレ
ス）が入力され、さらに検索の開始を指示する検索開始
信号が入力される（図８参照）。プレフィックスデータ
生成回路１５では、全てが１からなるプレフィックスデ
ータが生成されてキーデータ生成回路１４に入力され、
キーデータ生成回路１４では、ＩＰアドレスとプレフィ
ックスデータからなるキーデータが生成されてＣＡＭメ
モリブロック１１に入力される。 【００４０】また、図６に示す最長一致検索装置１０に
は、マスク生成回路１６が備えられている。このマスク
生成回路１６は、検索マスクキーグローバルマスクのデ
ータを生成する。 【００４１】さらに、最長一致検索装置１０には、最長
一致検索結果出力回路１７が備えられている。最長一致
検索結果出力回路１７では、前述したように、６回の検
索が行なわれる。この６回の検索シーケンスは、最長一
致検索制御回路１３で制御される。６回の検索シーケン
スが終了すると、検索結果として、図８に示す検索終了
信号のタイミングで、出力ポートからヒットしたＩＰア
ドレスのエントリアドレスが出力される。 【００４２】 【発明の効果】以上説明したように、本発明の最長一致
検索方法によれば、連想メモリの検索のスループットを
高めることができる。

【図面の簡単な説明】 【図１】本発明の一実施形態の最長一致検索方法が適用
された連想メモリに設けられたＣＡＭテーブルにおける
エントリを示す図である。 【図２】１回目の検索を行なうための検索データのフォ
ーマットを示す図である。 【図３】１回目の検索でヒットした場合の、２回目の検
索を行なうための検索データのフォーマットを示す図で
ある。 【図４】１回目の検索でミスヒットした場合の、２回目
の検索を行なうための検索データのフォーマットを示す
図である。 【図５】二分検索法のアルゴリズムを示すフローチャー
トである。 【図６】本実施形態の最長一致検索方法が適用された最
長一致検索装置のブロック図である。 【図７】図６に示す最長一致検索装置に登録されるエン
トリデータの構成を示す図である。 【図８】図６に示す最長一致検索装置のタイミングチャ
ートである。 【図９】最長一致検索の説明図である。 【図１０】３値の連想メモリを用いた最長一致検索方法
の説明図である。 【符号の説明】 １０ 最長一致検索回路 １１ ＣＡＭメモリブロック １２ ＣＡＭデータ入出力制御回路 １３ 最長一致検索制御回路 １４ キーデータ生成回路 １５ プレフィックスデータ生成回路 １６ マスク生成回路 １７ 最長一致検索結果出力回路

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】 複数の被検索データを格納しておき、検
   索データにビット単位でマスクをかけて、該検索データ
   の、マスクをかけた無効ビット領域を除く有効ビット領
   域のビットパターンと一致するビットパターンを、該有
   効ビット領域と同一のビット領域に有する被検索データ
   を検索する連想メモリを用いた最長一致検索方法におい
   て、 有効ビット数が可変な被検索データとともに、該被検索
   データの各ビットに対応して各ビットが有効なビットで
   あるか無効なビットであるかを識別するフラグ列を記憶
   しておき、 検索にあたっては、記憶されている被検索データの中か
   ら最長に一致する被検索データを検索するための検索デ
   ータと有効ビット領域を表わすフラグパターンとを用い
   て二分検索法により検索を行なうことを特徴とする最長
   一致検索方法。