[发明专利]基于应用可控前缀扩展布隆过滤器的可变长路由查找方法及装置

说明书

本发明公开了一种基于应用可控前缀扩展布隆过滤器的可变长路由查找方法及装置，包括将将路由表中所有可变长IP地址的前缀划分成K个连续的不相交的区间，并把每个区间中的前缀扩展到该区间的上限；每一个区间对应设置一个布隆过滤器，并将IP前缀信息存储到哈希表中；进行寻址操作时，将目的IP地址输入各布隆过滤器中，返回一匹配向量；根据哈希表与所述匹配向量进行寻址，得到所述目的地址的存储空间。本发明通过可控前缀扩展减少了布隆过滤器的使用，继而降低了路由查找时的平均查询次数E_avg和最大查找次数E_max，减少了Bloom filter假阳性概率的影响，提升了路由查找速度。

技术领域

本发明属于计算机网络的路由算法领域，具体为一种基于应用可控前缀扩展布隆过滤器的可变长路由查找方法及装置。

背景技术

自从因特网发明以来，路由查找一直是因特网的核心问题。随着Internet的迅速发展，当前的IP地址系统面临着越来越多的问题，一方面，网络正在向万物互联的方向快速延伸，除了传统主机外，未来网络需要连接更多的通信实体，如服务、内容、资源、网络地址、人等，而不同类型的通信主体存在很大的差异性，这就要求网络协议具有一定的弹性能力，能够根据运行环境进行自适应的调整。另一方面，越来越多新型的应用需求不断出现对网络提出了新的挑战，通信主体都应可以作为终端彼此通信。然而，IP地址是当前数据网络中唯一的寻址标识，所有通信主体都需要经过DNS等映射系统映射到IP地址，这不仅增大了通信时延，而且在可靠性、灵活性等方面也存在诸多问题。

上述问题的原因是常规IP地址的长度固定，缺乏可扩展性，而地址的需求在不同的情况下差异很大。可变长路由的出现很好的解决了这一问题，它具有长度可变的地址和理论上无限的地址数目，但这也使得目前的寻址方法并不适合可变长路由。传统的路由查找方法通常包括基于Trie的寻址方法和基于硬件的寻址方法。基于Trie的路由查找方法结构简单容易实现，但每次查找需要大量的内存访问，它的查询性能极大的受制于IP地址的长度。基于硬件的路由查找方法受限于高昂的成本和功耗，同样难以实现高效的弹性路由查找。可变长路由地址的长度可变特性的引入，势必引发关联的路由寻址算法和路由协议机制的更新。Multi-Entrance-Trie(METrie)是首次被专门提出用于可变长路由的寻址技术。METrie有多个入口节点，分别对应存储不同长度的路由表信息，入口节点并将MRTtie分为几部分，每部分采用典型的Trie结构设计。当路由器从包中获取目标路由条目或目标地址后，目标地址将通过左侧补0的方式扩展到选定的RIB的长度进入METrie，并使用传统的最长前缀匹配算法进行查找。METrie虽然通过扩展的多路由表实现了可变长路由的存储与寻址，但其本质Trie结构的寻址性能对地址长度很敏感，应用于复杂的可变长路由地址系统的表现并不理想。

现有的寻址技术应用于弹性路由查找时大都存在着查找速度和存储容量之间的矛盾，这就给布隆过滤器(Bloom filter)在路由寻址中的应用带来了机会。作为一种精简的信息表示技术，Bloom filter能够满足高速网络发展中高效资源交互和查找需求，已被广泛运用到各种网络场景中。Sarang.D等首次提出将Bloom filter应用到路由查找中，尽管该技术相较传统的路由查找技术取得了一定的进步，但由于filter数目和空间大小取决于IP地址的不同前缀长度的个数，这种方法并不适用于可变长路由的寻址。Haoyu.S提出了一种分布式的Bloom Filter寻址技术解决filter数目问题，该技术将Bloom Filter查分成k个大相同的子部分，每个部分哈希函数的数量对应不同长度的IP前缀。但是Haoyu.S的分布式技术结构复杂，并且很难找到大量性能优异且相互独立的哈希函数。还有一些其它的基于Bloom filter的寻址技术，例如H.Lim和Mun.JH提出将Bloom filter和Trie相结合，在较小的假阳性概率下提高寻址效率。目前基于Bloom filter的寻址技术的研究大多局限于IPv6的寻址，而可变长路由的灵活前缀数目必然大大增加寻址的存储空间和计算成本，如何构建新的寻址技术使其适用于可变长路由的高效寻址要求仍是一个值得深入研究的方向。

发明内容