[发明专利]用于网络设备的高效最长前缀匹配技术

说明书

在网络设备的搜索引擎处获得与分组相关联的网络地址。该搜索引擎包括表示路由表中相应长度的前缀的多个布隆过滤器。相应的布隆过滤器被应用于网络地址的相应前缀以确定在路由表中针对其可能存在匹配的一个或者多个前缀的集合。以最长前缀作为开始并且以前缀长度的降序继续，使用前缀集合中的前缀对存储器执行若干访问，直至在路由表中找到匹配条目，并且获取用于分组的路由信息。如果所执行的存储器访问的数量超过了阈值，该路由表被调适以减少针对与该网络地址相关联的后续分组所要执行的存储器访问的数量。

相关申请的交叉引用

本公开要求于2013年2月27日提交的美国临时专利申请号61/770,100以及2013年7月26日提交的美国临时专利申请号61/859,053、题目同为“Longest Prefix Match”的权益，其公开内容因此通过引用以其整体明确地并入本文。

技术领域

本公开总体上涉及诸如交换机、路由器和边缘设备之类的网络设备，尤其涉及用于这样的设备中的最长前缀(prefix)匹配操作的系统和方法。

背景技术

本文所提供的背景技术描述是为了总体上呈现本公开的背景。就该背景技术部分中所描述的工作的范围以及描述中在提交时并不以其它方式构成现有技术的方面而言，本发明人的工作既非明确也非隐含地被承认为相对本公开的现有技术。

诸如网络交换机、桥接器、路由器等的网络设备通常执行最长前缀匹配查找以便对遍历网络设备的分组(packet)进行路由。一般来讲，路由表将网络地址与关联于该网络地址的分组应当从网络设备被发送至那里的下一跳相关联。最长前缀匹配查找涉及基于与分组相关联的网络地址搜索路由表以找出与该地址中最大数量的开头位(bit)相匹配的路由条目(entry)。一些网络设备使用基于三元内容可寻址存储器(TCAM)技术的路由表。在基于TCAM的路由表中，该路由表的所有条目都能够基于地址进行并行搜索以找出针对该地址具有最长前缀匹配的条目。因此，TCAM设备允许相对快速地执行最长前缀匹配搜索。然而，TCAM设备通常在尺寸、成本和功耗方面是昂贵的。

作为TCAM实施方式的一种替换形式，一些网络设备使用诸如静态随机访问存储器(SRAM)设备或者动态随机访问存储器(DRAM)设备的随机访问存储器设备来存储路由表，并且采用诸如基于特里(trie)的算法之类的搜索算法在路由表中执行最长前缀匹配搜索。然而，基于RAM的路由表与大小相当的基于TCAM的路由表相比通常需要更多的存储器空间以及更高的存储器带宽。而且，通常被用来搜索这样的基于RAM的路由表的搜索算法相对缓慢，并且并非必然以许多网络设备所支持的高线路速度进行操作。此外，这样的基于RAM的路由表和搜索算法无法良好扩展以轻易地应对长度有所增加的网络地址。

发明内容

在实施例中，一种用于在存储用于转发网络设备中的分组的路由表的存储器中执行最长前缀匹配查找操作的方法，包括在该网络设备的搜索引擎处获得与分组相关联的网络地址。该搜索引擎包括多个布隆过滤器(Bloom filter)，其中该布隆过滤器中的至少一些布隆过滤器中的每一个布隆过滤器表示该路由表中的一定长度的前缀。该方法还包括由该网络设备的搜索引擎将该多个布隆过滤器中的相应布隆过滤器应用于该网络地址的相应前缀以确定在该路由表中针对其可能存在匹配的该网络地址的一个或者多个前缀的集合。该方法还包括由该搜索引擎使用该前缀集合中的前缀对该存储器执行若干访问，以该前缀集合中的最长前缀作为开始并且以该前缀集合中的前缀长度的降序继续，直至在该路由表中找到具有匹配前缀的条目。该方法进一步包括从该路由表中的该条目获取用于该分组的路由信息。该方法还进一步包括由该搜索引擎确定所执行的存储器访问的数量超过阈值，并且响应于确定所执行的存储器访问的数量超过阈值，对该路由表进行调适以减少要针对与该网络地址相关联的后续分组所执行的存储器访问的数量。

在其它实施例中，该方法进一步包括以下一个或者多个特征的任意组合。