[发明专利]一种基于TCAM的分类结构及方法

说明书

本发明公开了一种基于TCAM的分类结构及方法，包括时钟管理单元模块、时间戳生成单元、数据包分类/过滤单元、负载均衡单元、协议转换单元、差错监测单元、控制管理单元、统计单元、输入数据缓冲、输出数据缓冲和数据包缓冲器。申请提出了一种规则分组技术来解决权重损耗问题。该技术的实现不需要特殊的硬件支持，可以很容易地在一个完全可编程的网络处理器中实现。

技术领域

本发明涉及数据分类技术领域，具体涉及一种基于TCAM的分类结构及方法。

背景技术

随着基于internet的应用程序的爆炸式增长，有效的报文分类变得越来越重要由于TCAM具有并行搜索能力，因此它仍然是最快和最可扩展的数据包分类解决方案，因为无论规则集大小如何，TCAM的时间都是恒定的。TCAM芯片具有容量小、功耗高、发热率高、占地面积大等特点。

首先，TCAM在TCP端口字段的范围匹配中存在一定的局限性，因为它们只允许使用屏蔽操作符进行三元匹配。由于TCAM单元格存储三种状态[0,1和'X'(无所谓)]中的一种，范围必须扩展为一组子前缀，因此需要多个条目。例如，1024-65535的范围需要扩展为6个条目。在最坏的情况下，在一个单位字段中表示一个范围所需的条目数是。此外，一个包含两个字段的范围可能需要和前缀一样多的前缀。因此，在最坏的情况下，包含16位源和目的端口字段的典型的第四层规则可能必须扩展为条目。实际上，随着真实数据库中使用的源和目的端口字段范围的增加，传统TCAM的利用效率可能会进一步降低。因此，扩展TCAM条目的范围匹配消耗额外的功率和增加模具面积。虽然现有的动态范围编码方案(DRES)可以显著提高TCAM存储扩展比进行范围匹配，但它需要额外的位和外部DRAM或SRAM来支持其复杂的范围编码过程。此外，使用DRES的TCAM的存储效率会随着范围的增加而下降。

其次，针对功耗问题，目前主要通过对规则的选择性查找来降低功耗。基于比特位分割和几何空间分割的低功耗算法均依据该思想,寻求高效的规则集划分方法。规则集的高效划分依赖于对规则集内部特征的深度挖掘,规则间的交叉重叠导致规则集内部复杂的空间特征,给规则集划分带来了很大困难；基于比特位的划分从更为微观的角度探索规则间的相似性和差异性,能够实现对规则集的细粒度划分,但算法的性能依赖于能否选取充分表达规则集内部特征的比特位。因此,进一步从比特位的角度深入挖掘规则集内部特征,是下一步研究低功耗问题的主要方向。

此外，TCAM还存在权重损耗的问题。最新的方法WEITCAM通过为每条路由分配一个等于前缀长度的权重值，可以在任意可用的内存地址上添加一条新的路由，并且无需更新权值或重新排列内存中的现有路由就可以删除这条路由。尽管有上述优点，WEITCAM可能会导致体重减少。也就是说，匹配优先级关系的规则不能超过2w。权值耗尽对于WEITCAM来说是一个关键问题，因为新的规则可能不会因为权值耗尽而强制执行，即使TCAM协处理器有足够的内存资源来容纳这些规则。不幸的是，商业上可用的WEITCAM协处理器通常分配给权重子字段的位数是有限的，我们很快就会看到，具有优先级关系的规则的数量可能非常大，从而导致权重损耗。

发明内容

针对现有技术中的上述不足，本发明提供的一种基于TCAM的分类结构及方法解决了存储效率、功耗损失以及WEITCAM权重损耗问题的问题。

为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：一种基于TCAM的分类结构，包括时钟管理单元模块、时间戳生成单元、数据包分类/过滤单元、负载均衡单元、协议转换单元、差错监测单元、控制管理单元、统计单元、输入数据缓冲、输出数据缓冲和数据包缓冲器；所述输入数据缓冲、数据包分类/过滤单元、负载均衡单元、数据包缓冲器、协议转换单元、输出数据缓冲依次连接，所述时间戳生成单元与输入数据缓冲连接，所述统计单元、控制管理单元均与数据包分类/过滤单元、负载均衡单元、协议转换单元连接，所述差错检测单元分别与数据包分类/过滤单元、负载均衡单元、数据包缓冲器、协议转换单元、输出数据缓冲连接。

进一步地：所述时钟单元管理模块用于产生各个功能模块所需要的时钟信号。