[发明专利]插入节点的方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及数据通信领域，特别涉及一种插入节点的方法和装置。

背景技术

随着网络的迅猛发展，路由表项的数量越来越大，比如，核心路由器的IPv4FIB(Forwad Information Base，转发信息表)已经要求实现百万条的数量级。如果用TCAM(Ternary Content Addressable Memory，三重内容可寻址存储器)实现，目前成熟的18Mb TCAM只能实现256K×72b的规格，此时就需要4片18Mb的TCAM才能达到1M条的要求。因此，用TCAM实现在成本、功耗、实现难度上都很难接受。基于算法的路由查找技术已成为数据通信业界通用的做法，在路由容量、成本和功耗上相比与TCAM器件有较大的优势。

基于算法的查找技术现阶段有多种实现方式，如基于tries tree(实验树)的方式，基于range match(范围匹配)的方式，以及部分基于TCAM器件的查找方式。其中，range match的方式多采用二叉树(Binary Tree)来实现路由表项的维护和管理，即将路由表项的边界值作为二叉树的节点，排序后组成一棵路由边界值的二叉树，以便进行后续的查找。

二叉树中搜索、插入、删除的复杂度都和树的高度相关，树高是制约二叉树时间效率的瓶颈。理论上，任意高度为h平衡二叉树能容纳2^h-1个节点，即h＝O(lg n)，且对此平衡二叉树节点的插入、删除所需要的维护代价最小。

为了达到一定的查找性能，在硬件实现的以二叉树为基础的查找系统中，使用层高固定的二叉树来实现待路由表项的维护。同时，为了节省存储空间以及减少每次查找需要读取的数据量，并不使用节点带指针的方式来指示下一层节点位置，仅靠节点的位置关系向下继续查找。

由于此类系统中二叉树的层高受限，且没有指针指示节点挪动后的新的位置，在有新的节点插入时，将造成较多的节点搬移动作，尤其是在新插入的节点为递增或递减节点时，随着节点个数的增加，搬移动作将会剧烈增加，从而影响整个系统的节点插入速率，在实际应用体现为路由表项更新速度很慢，特别是在路由震荡时，整个系统收敛时间较长。

现有技术提供了如下两种方法来实现在二叉树中插入节点：

第一种方法使用硬件逻辑来进行节点的顺序搬移，将需要搬移的节点顺次挪动位置，使需要插入节点的位置形成空洞(hole)，最后将待插入节点插入到新出现的空洞。在进行节点搬移时，该方法还需要遵守两条基本原则：第一、不能破坏二叉树中各节点位置的大小关系；第二、从树的根节点向下，寻找到每一个有效节点的路径上都不能出现空洞。其中，插入待插入节点前的二叉树如图1所示，插入待插入节点后的二叉树如图2所示。

但该方法的缺陷在于，在插入递增或递减的节点时，对节点的搬移量将逐步增加，当节点数目增加到百万个的数量级时，几乎每次搬移都需要搬移所有的节点数目，从而使路由表项的更新性能将显著下降。

第二种方法是在插入递增或递减节点时，计算出插入节点后整个树型结构所能形成的最佳状态平衡二叉树，再将其树型结构一一映射到硬件存储空间中，使之在总的树型维护时间内，所需要搬移的节点数目最少，达到提高节点插入速率的目的。在这种搬移模式下，每插入一些节点后，将强制地调整整个树型结构，使其形成一棵平衡的二叉树，进而达到平均搬移次数最少的目的。其中，插入待插入节点前的二叉树如图3所示，插入待插入节点后的二叉树如图4所示。

但该方法的缺陷在于，将一棵不平衡的二叉树整理为平衡的二叉树的过程比较繁琐，特别是在二叉树的容量较大时，需要在高性能的硬件上使用软件来实现，此时软件还需要建立带指针的二叉树来映射硬件中存储的树型结构，以便作平衡操作时使用，负荷比较大，并且需要占用一定的shadow(镜像)内存空间。此外，在计算好平衡二叉树中各节点的位置后，需要通过某种接口例如PCI(Pedpherd Component Interconnect，周边元件扩展)接口，将重新排列好的节点下发到硬件逻辑中，以便能进行高速的查找，在数据量很大的情况下，软、硬件之间的接口容易成为性能的瓶颈。

发明内容

为了减少搬移量，提高插入效率，简化软硬件接口，本发明实施例提供了一种插入节点的方法和装置。所述技术方案如下：

一方面，本发明实施例提供了一种插入节点的方法，包括：