[发明专利]基于单次哈希布隆过滤器的Flexible IP寻址方法及装置

说明书

本发明公开了一种基于单次哈希布隆过滤器的Flexible IP寻址方法及装置，包括将路由表中所有IP地址的前缀按长度分为N类，每一个前缀长度对应设置一个布隆过滤器，其中各布隆过滤器的位向量被划分为k个分区；将各前缀长度映射到相应布隆过滤器的各分区，并将IP前缀信息存储到哈希表中；进行寻址操作时，对目的地址截取W种前缀，并把截取前缀送入相应布隆过滤器中，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。本发明使得Bloom Filter的计算量有效的降低到原有计算量的极大的降低了寻址的计算成本，并提高了海量通信主体的寻址效率，支持多语义下Flexible IP的可扩展性。

技术领域

本发明属于计算机网络的路由算法领域，具体为一种基于单次哈希布隆过滤器的Flexible IP寻址方法及装置。

背景技术

自从因特网发明以来，IP寻址一直是因特网的核心问题。随着Internet的迅速发展，越来越多的新兴应用需求和场景不断出现，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，不同场景下对地址长度的需求可能会有很大的不同。由于物联网设备受到硬件和无线链路的限制，为了提高效率，较短的地址或设备ID比IPv6地址更可取。并且，未来网络需要连接除传统主机外的更多的通信实体，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，IPv6虽然理论上有足够的地址，但实际的地址分配效率远远低于此。目前，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。

上述问题的根源在于IP地址，无论是IPv4还是IPv6，都是固定长度设计的，缺乏灵活性。这种设计极大地限制了地址空间的可演化性和兼容性。Flexible IP(FlexIP)的出现很好地解决了这一问题。FlexIP有可变长度的地址和理论上无限的地址数量，网络设备可以为不同长度的地址建立一个统一的路由转发表，不同的网络地址将共存于数据报文中。网络设备根据任意长度的地址进行路由表查找操作，从而决定数据报文的下一跳。在IPv4/6中，所有的地址都以相同的长度存储在路由信息库中，路由器可以实现高效的掩码匹配和寻址。但FlexIP地址的长度可以是任意大小，如果路由器仍以最长的地址长度来统一存储所有的路由条目，这将对存储空间和查找性能造成极大的挑战，使得当前的路由寻址方法不可接受。

布隆过滤器(Bloom Filter)数据结构由于其精简的查询已被广泛的应用在各类计算机系统中，对于IP地址下的路由查找，其同样适用。Bloom Filter作为一种高效的哈希查找方案，灵活性和成本效益是它最大的优点，但其部署使用中需要大量的哈希函数，并且需要执行相同数量的内存访问，为达到Bloom Filter的理论性能，所使用的哈希函数必须满足具有良好的随机性和均匀性并相互独立，这使得性能优异的哈希函数很难找到。并且Bloom Filter的哈希计算需要消耗大量的CPU时钟周期并导致过多的延迟从而成为系统性能的瓶颈。因此，在保持期望的哈希特性的同时降低计算的开销是一个关键且必要的系统需求。

发明内容

为解决标准Bloom Filter中在路由查找中存在的计算成本问题，本发明提出了一种基于单次哈希布隆过滤器的Flexible IP寻址方法及装置，并且适用于可变长IP地址查找。

为达到上述目的，本发明的技术方案包括：

一种基于单次哈希布隆过滤器的Flexible IP寻址方法，其步骤包括：

1)将路由表中所有IP地址的前缀按长度分为N类，每一个前缀长度对应设置一个布隆过滤器，其中各布隆过滤器的位向量被划分为k个分区；

2)将各前缀长度映射到相应布隆过滤器的各分区，并将IP前缀信息存储到哈希表中；