TW201503634A - 用於處理交替配置的最長首碼匹配表的裝置和方法 - Google Patents

Abstract

本發明的各實施例涉及用於處理交替配置的最長首碼匹配表的裝置和方法。一種網路交換機，包括記憶體，記憶體可配置用於存儲字典樹層級中的單個字典樹的交替表表示。首碼表處理器使用輸入網路位址並行訪問單個字典樹的交替表表示並且在每個交替表表示中搜索最長首碼匹配以獲得本地首碼匹配。選擇來自本地首碼匹配的最長首碼匹配。最長首碼匹配具有關聯的下一跳索引基底位址和偏移值。下一跳索引處理器利用下一跳索引基底位址和偏移值訪問記憶體中的下一跳索引表以獲得下一跳表指針。下一跳處理器使用下一跳表指標訪問記憶體中的下一跳表以獲得目的地網路位址。

Description

用於處理交替配置的最長首碼匹配表的裝置和方法 【相關申請的交叉引用】

本申請要求對通過引用將其公開內容結合于此、於2013年3月12日提交的第61/778,293號美國臨時專利申請的優先權。

本發明總體上涉及處理電腦網路中的流量。更特別地，本發明涉及具有交替配置的最長首碼匹配表的網路交換機。

第一圖圖示了根據現有技術被利用的最長首碼匹配處理器100。最長首碼匹配處理器100包括用於在轉發表104中找到條目的搜尋引擎102。轉發表中的每個條目具有關聯的交換機識別字，交換機識別字表示用於網路分組的下一目的地(跳(hop))。

第二圖圖示了現有技術的轉發表200的簡化版本。轉發表具有首碼列和下一跳列，首碼列具有條目的集合，下一跳列具有指明的交換機識別字。每個首碼條目是網路位址的分段。星號(*)指明“不在意”狀態。如果沒有首碼匹配，則下一跳被指明為交換機“A”。希望獲得具有如下首碼的匹配，該首碼因為其表示到目的機器的最具體路徑而最長。

第三圖圖示了由具有最長首碼匹配處理器100的交換機302接收的分組300。最長首碼匹配處理器生成到另一機器的跳，另一機 器比如為交換機A、C或者E或者機器B、D、F或者G。

第四圖圖示了二叉樹或者字典樹(trie)400。該圖的頂部圖示了三角形400，三角形400是在該圖的底部示出的字典樹400的簡化的表示。字典樹400具有由0和1表示的不同路徑，其中0表示向左的路徑並且1表示向右的路徑。使用這一技術，可以用數位值指明字典樹中的任何路徑。如所示，字典樹400的底部具有四個葉節點，其可以分支到八個目的地(0)至(7)。到目的地(0)的路徑被表示為000，因為三個左分支用來到達這一位置。到目的地(3)的路徑被標識為011，因為一個左分支(0)後接兩個右分支(1)。以這一方式，可以使用二進位值指定每個路徑。字典樹400具有三層節點並且因此被稱為具有為三的步幅(stride)。

第五圖圖示了字典樹400可以與許多其他字典樹具有任意複雜層級關係。例如，字典樹400可以被視為層0，在其下方具有在層1的八個字典樹400_1至400_8。這一字典樹擴展可以推進用於任何數目的層，如第五圖中所示。每個字典樹可以具有不同大小。因此，可以領會到，可以通過這樣的結構定義任意長路徑表達。

第六圖圖示了字典樹600的每個節點可以具有指明的編號。在這一示例中，如所示，節點被編號為1至7。

第七圖圖示了其中下一跳資訊駐留在暗節點(節點5和7)的場景。到節點5的路徑可以用二進位被表達為01，而到節點7的路徑可以用二進位被表達為11。參照第五圖可以領會到，節點路徑可以遍歷多個層並且將用長二進位值表達到特定節點的作為結果的路徑。

鑒於前述，存在對提供用於標識最長首碼匹配的改進技術的持續需求。

一種網路交換機，包括記憶體，記憶體可配置用於存儲字典樹 層級中的單個字典樹的交替表表示。首碼表處理器使用輸入網路位址並行訪問單個字典樹的交替表表示並且在每個交替表表示中搜索最長首碼匹配以獲得本地首碼匹配。選擇來自本地首碼匹配的最長首碼匹配。最長首碼匹配具有關聯的下一跳索引基底位址和偏移值。下一跳索引處理器利用下一跳索引基底位址和偏移值訪問記憶體中的下一跳索引表以獲得下一跳表指針。下一跳處理器使用下一跳表指標訪問記憶體中的下一跳表以獲得目的地網路位址。

100、1400‧‧‧最長首碼匹配處理器

102‧‧‧搜尋引擎

104、200‧‧‧轉發表

300‧‧‧分組

302‧‧‧交換機

400、600‧‧‧字典樹

1300‧‧‧入口網路位址

1302‧‧‧首碼表0

1304‧‧‧首碼表位址

1306‧‧‧讀取首碼表記憶體以到達子字典樹0

1308‧‧‧執行最長首碼匹配

1310‧‧‧選擇最長首碼匹配

1312‧‧‧讀取NHI表

1314‧‧‧讀取NH表

1316‧‧‧產生下一跳

1402‧‧‧首碼表處理器

1404‧‧‧記憶體

1406‧‧‧NHI處理器

1408‧‧‧NH處理器

1410‧‧‧結果

1412‧‧‧箭頭

連同附圖結合以下具體描述來更完全地領會本發明，在附圖中：

第一圖圖示了現有技術的最長首碼匹配處理器。

第二圖圖示了現有技術的轉發表。

第三圖圖示了具有用於將分組路由到任何數目的交換機或者機器的最長首碼匹配處理器的交換機。

第四圖圖示了現有技術的二叉樹。

第五圖圖示了二叉樹的具有任意複雜路徑的嵌套配置。

第六圖圖示了根據本發明的實施例被使用的節點編號。

第七圖圖示了在選擇的節點具有下一跳資訊的二叉樹。

第八圖圖示了根據本發明的實施例被利用的稀疏模式表配置。

第九圖圖示了根據本發明的實施例被利用的點陣圖模式表配置。

第十圖圖示了根據本發明的實施例被利用的葉推進(leaf-push)模式表配置。

第十一圖圖示了根據本發明的實施例被利用的下一跳索引表。

第十二圖圖示了根據本發明的實施例被利用的下一跳表。

第十三圖圖示了根據本發明的實施例被執行的分組處理操作。

第十四圖圖示了根據本發明的實施例被利用的處理元件。

相似參考號貫穿附圖的若干視圖指示對應的部分。

本發明是在交換機中嵌入的最長首碼匹配處理器。最長首碼匹配處理器利用交替配置的最長首碼匹配表，可以針對不同最長首碼匹配搜索策略和記憶體優化策略優化最長首碼匹配表。在第八圖中示出了一個最長首碼匹配表。該表的第一列指定分組類型，在這一實例中為IPV4。有利地，IPV4和IPV6分組類型可以被高效地存儲在單個表中。下一列指定存儲模式，在這一實例中為稀疏類型。稀疏類型有助於針對單個字典樹的大步幅。即，稀疏模式有助於針對其中單個字典樹大的配置的處理。下一列指定分支長度。分支長度是從層級字典樹的根節點到單個字典樹(比如第五圖中的任意字典樹(也被稱為子字典樹))的任意根節點的路徑的長度的指示符。步幅指定字典樹的大小，比如2^步幅。在這一示例中，步幅為5或者2⁵或者32。下一列是下一跳索引基底位址。本發明將下一跳索引用於對下一跳表的引用。這允許在配置記憶體資源中的最大靈活性。該表的下一列是分支ID，比如如以上討論的通過樹的路徑的二進位表示。第八圖的最後列指定具有下一跳資訊的字典樹節點ID。第七圖提供字典樹節點和具有下一跳資訊的對應的節點ID的示例。第八圖的前四個欄位具有固定寬度。剩餘的兩個欄位具有可變寬度。

第九圖圖示了用於首碼匹配表的交替配置。第一欄位指定分組類型。下一欄位指定點陣圖模式。如以上討論的，下一欄位指定分支長度。下一欄位指定步幅。在點陣圖模式中，用於步幅5的字典樹的所有節點被存儲在2⁵-1或者31位元的陣列中。下兩個欄位是NHI基底位址和分支ID。如以上討論的，分支ID指定分支路徑。 NHI基底位址指定對應於字典樹點陣圖的最低有效位的基位置，其被標記為1。其他節點使它們的指標從基位置遞增進入NHI表。例如，如果基位置為零，則被標記為1的第五位元將從基位置被遞增4個條目。最後欄位是字典樹點陣圖。在這一示例中，字典樹點陣圖為31點陣圖。點陣圖指定在指定的字典樹中具有下一跳資訊的不同位置。

第十圖圖示了用於首碼匹配表的交替配置。第一欄位指定葉推進模式。在葉推進模式中，在陣列中僅表示最底部節點。例如，關於第六圖，在陣列中將僅表示節點4、5、6和7。如果第六圖的其他節點具有下一跳資訊，則可以使用各種技術(比如受控首碼擴展)來將該資訊定位在最底部節點中。NHI表在這一實例中需要進行對應的複製。這一模式在其中用於直接連接的主機的網路位址被存儲在相同表的實例中特別記憶體高效，因為那些主機通常具有連續位址。這一模式也是有利的，因為所有搜索在相同層終止。

第十圖的表也具有分支長度欄位、步幅欄位、NHI基底位址欄位、分支ID欄位和字典樹底部點陣圖欄位。在5步幅的實例中，整個點陣圖具有2⁵-1或者31位，這導致16個節點的底部集合。因此，16點陣圖可以用來指定這些不同節點的位置。

第十一圖圖示了下一跳索引表。表中的不同條目指定到下一跳表基位置加上塊大小偏移的指針。基位置指定進入表的入口點而塊大小指定從該基位置的附加欄位。下一跳表條目的塊大小被用於等價多路徑(ECMP)尋路由，一種高級網路尋路由策略。連同IP位址，對最長首碼匹配引擎的每個請求伴隨有用於路徑選擇的ECMP雜湊值。ECMP雜湊值可以大於可用塊大小，因此最後路徑選擇被計算為下一跳基底位址加上下一跳塊大小的輸入ECMP雜湊值取模。在一個實施例中，針對ECMP支援上至1024個路徑。

NHI表大小是字典樹配置的函數。表大小可以被動態配置和優化。

第十二圖圖示了下一跳表。該表中的每個條目指定到目的地機器的跳。

第十三圖圖示了根據本發明的實施例被執行的處理操作。入口網路位址(例如，網際協定位址)1300應用於首碼表0至N的集合，全部或者部分表可以由軟體配置。如結合第八圖至第十圖討論的，每個首碼表包含首碼條目的集合，每個首碼條目指定到字典樹的路徑並且然後是該字典樹的特性。使用首碼表01302作為示例，入口網路位址的位元的軟體配置的選擇應用於雜湊函數以映射到首碼表位址1304。有利地，在硬體中利用固定延時完成所有匹配。然後讀取首碼表記憶體以到達子字典樹0(任意複雜層級字典樹結構中的單個字典樹，比如圖5中所示的字典樹)0136。然後在該子字典樹執行最長首碼匹配1308。跨所有首碼表0至N重複這一處理以創建本地首碼匹配。然後處理結果以選擇最長首碼匹配1310。然後讀取NHI表1312，這導致對下一跳表的訪問1314，這產生下一跳1316。

第十四圖圖示了根據本發明的實施例被配置的最長首碼匹配處理器1400。處理器1400包括首碼表處理器1402，其為被配置用於指定並且然後訪問不同最長首碼匹配表(比如第八圖-第十圖中的最長首碼匹配表)的硬體資源。表駐留在記憶體1404中，記憶體1404可以是SPAM資源池。首碼表處理器1402協調第十三圖的操作1304至1310。下一跳索引處理器1406然後可以用來訪問記憶體1404中的下一跳索引表，下一跳索引表向下一跳處理器1408返回基底位址和偏移(如果存在)。下一跳處理器1408訪問在記憶體1404中存儲的下一跳表，其產生下一跳位址作為結果1410。如果首碼表處理器1402具有字典樹未命中或者其他錯誤，則可以如用箭頭1412所示直接生成錯誤或者預設結果1410。

前述描述出於說明的目的使用具體命名提供對本發明的透徹理解。然而，對本領域技術人員將明顯的是，並不需要具體細節以 便實踐本發明。因此，出於例示和描述的目的呈現本發明的具體實施例的前述描述。它們並不旨在於是詳盡的或者將本發明限制到所公開的精確形式；明顯地，鑒於以上教導許多修改和改變是可能的。選擇並且描述實施例以便最佳地說明本發明的原理及其實踐應用，它們因此使得本領域其他技術人員能夠最佳地利用本發明以及具有在適合於預期的特定使用時的各種修改的各種實施例。旨在於以下權利要求及其等效物限定本發明的範圍。

1400‧‧‧處理器

1402‧‧‧首碼表處理器

1404‧‧‧SPAM池

1406‧‧‧NHI處理器

1408‧‧‧NH處理器

1410‧‧‧結果

1412‧‧‧箭頭

Claims (14)

1. 一種網路交換機，包括：記憶體，可配置用於存儲字典樹層級中的單個字典樹的交替表表示；首碼表處理器，用於：使用輸入網路位址並行訪問所述單個字典樹的所述交替表表示並且在每個交替表表示中搜索最長首碼匹配以獲得本地首碼匹配，從所述本地首碼匹配選擇所述最長首碼匹配，其中所述最長首碼匹配具有關聯的下一跳索引基底位址和偏移值；下一跳索引處理器，用於利用所述下一跳索引基底位址和偏移值訪問所述記憶體中的下一跳索引表以獲得下一跳表指針；以及下一跳處理器，用於使用所述下一跳表指標訪問所述記憶體中的下一跳表以獲得目的地網路位址。
2. 根據申請專利範圍第1項所述的網路交換機，其中所述交替表表示包括標識選擇的字典表節點的稀疏模式表示。
3. 根據申請專利範圍第2項所述的網路交換機，其中所述稀疏模式表示包括分支標識和步幅值。
4. 根據申請專利範圍第1項所述的網路交換機，其中所述交替表表示包括具有標識選擇的字典樹節點的點陣圖的點陣圖模式表示。
5. 根據申請專利範圍第4項所述的網路交換機，其中所述點陣圖模式表示包括分支標識和步幅值。
6. 根據申請專利範圍第1項所述的網路交換機，其中所述交替表表示包括標識在字典樹的底部的選擇的字典樹節點的葉推進表示。
7. 根據申請專利範圍第6項所述的網路交換機，其中所述葉推進表示包括分支標識和步幅值。
8. 根據申請專利範圍第1項所述的網路交換機，其中所述首碼表處理器是具有確定性查找延時的硬體資源。
9. 根據申請專利範圍第1項所述的網路交換機，其中所述交替表表示包括在相同表中具有不同分組類型的表。
10. 根據申請專利範圍第9項所述的網路交換機，其中所述不同分組類型包括IPV4分組和IPV6分組。
11. 根據申請專利範圍第1項所述的網路交換機，其中所述首碼表處理器標識用於遠端主機的最長首碼匹配和用於直接附接的主機的準確匹配。
12. 根據申請專利範圍第1項所述的網路交換機，其中所述首碼表處理器在相同表中標識用於所述遠端主機的所述最長首碼匹配和用於所述直接附接的主機的所述準確匹配。
13. 根據申請專利範圍第1項所述的網路交換機，其中所述下一跳索引處理器處理下一跳表條目的塊以有助於等價多路徑尋路由。
14. 根據申請專利範圍第13項所述的網路交換機，其中所述塊指定上至1024個路徑。