[发明专利]IPv6地址前缀压缩存储方法及设备

说明书

技术领域

本发明涉及下一代互联网领域，更具体地，涉及一种IPv6地址前缀存储方法和设备。

背景技术

众所周知，IPv6地址长度是128比特，而IPv4地址长度是32比特。就地址长度而言，IPv6比IPv4扩大了4倍；就容量而言，则扩大了2⁹⁶倍。由于IPv6地址容量的急剧增长，因此需要一种高效可行的IPv6地址存储和查找方式。

随着技术的发展，人们提出了基于多分支Trie树的IPv6地址前缀存储和查找算法。字典树(Trie)是一种用于快速字符串检索的多叉树结构。其原理是利用字符串的公共前缀来降低时空开销，从而达到提高程序效率的目的。Trie树在本质上是一个确定的有限状态自动机，每个结点代表一个状态，根据输入变量的不同，进行状态转移。用Trie树搜索一个关键码的时间与关键码自身及其长度有关，最快是0(1)，即在第一层即可判断是否搜索到，最坏的情况是0(n)，n为Trie树的层数。由于很多时候Trie树的大多数结点分支很少，因此Trie树结构空间浪费比较多。如果把每次查找检查的字符个数定义为步长，传统的Trie树步长为1，多分支Trie树的查找步长大于1。利用多分支Trie树可以有效减少查找过程中的存储器访问次数。

虽然该算法在查找速度上获得了很大的提高，但仍然需要较大的存储空间。图1示出了步长为K＝16、层数为128/16＝8的多分支Trie树(MT)的示意结构。如图1所示，多分支Trie树的每一个节点都包含2¹⁶＝65536个分支节点。因此，每个节点包含一块连续的大小为65536个单元的内存，分别指向65536个子节点。由于IPv6地址长度为128比特，因此MT的最大层数(深度)为8(128/16＝8)。MT的实际层数由存储的IPv6地址前缀决定，当MT中不存储任何IPv6地址前缀时，MT中只包含根节点，层数为0，当存储的IPv6地址前缀中包含长度为16的前缀时，层数为1。依此类推，当存储的IPv6地址前缀中包含长度为128的前缀时，层数为8。

因此，当IPv6地址前缀较多且比较分散时，需要非常大的存储空间，同时产生了很多的空指针，一方面会造成内存的巨大浪费，另一方面会影响查找效率。

发明内容

本发明提出了一种IPv6地址前缀存储方法，可以在使用有限内存的情况下实现IPv6地址前缀的存储，并且能够实现高效查找。

根据本发明的一个方面，提供了一种用于存储IPv6地址前缀的方法，包括：将IPv6地址前缀划分为具有固定长度K的L个部分，其中K和L均为正整数；使用步长为K、层数为L的多分支Trie树结构存储IPv6地址前缀，其中每一个节点使用长度为2^K的数组来存储节点指针，节点指针在数组中的位置表示IPv6地址前缀的K个比特；以及利用额外数组对生成的多分支Trie树中的每一个节点进行压缩存储。

优选地，所述压缩存储包括：针对多分支Trie树中的每一个节点，利用两个数组来代替，第一数组存储该节点中的非空指针值，而第二数组存储每一个非空指针值在该节点中的对应位置。

优选地，初始化多分支Trie树结构，使得与根节点相对应的数组中均为空指针。

优选地，针对多分支Trie树中的每一个节点，通过遍历与该节点相对应的数组，将非空指针和其相应的位置分别存储在第一数组和第二数组中。

优选地，所述方法还包括：如果需要查找已存储的IPv6地址前缀，则使用二分法依次查找每一层节点的第二数组。

优选地，步长K等于16。

根据本发明的另一个方面，提供了一种用于存储IPv6地址前缀的设备，包括：划分单元，将IPv6地址前缀划分为具有固定长度K的L个部分，其中K和L均为正整数；存储单元，使用步长为K、层数为L的多分支Trie树结构存储IPv6地址前缀，其中每一个节点使用长度为2^K的数组来存储节点指针，节点指针在数组中的位置表示IPv6地址前缀的K个比特；以及压缩单元，利用额外数组对生成的多分支Trie树中的每一个节点进行压缩存储。

优选地，所述压缩单元针对多分支Trie树中的每一个节点，利用两个数组来代替，第一数组存储该节点中的非空指针值，而第二数组存储每一个非空指针值在该节点中的对应位置。

优选地，所述存储单元初始化多分支Trie树结构，使得与根节点相对应的数组中均为空指针。

优选地，所述压缩单元针对多分支Trie树中的每一个节点，通过遍历与该节点相对应的数组，将非空指针和其相应的位置分别存储在第一数组和第二数组中。