[发明专利]内容中心网络转发平面FIB表结构及其检索方法

说明书

技术领域

本发明属于高性能路由器结构设计领域，特别针对内容中心网络(Named Data Networking)转发平面中高性能FIB表的查询及更新问题。

背景技术

随着互联网技术更广泛的普及和应用，原有基于TCP/IP的互联网架构，在速率、能耗、安全、移动性、通信质量等诸多方面已经不能满足人们的需求，同时也对未来互联网技术的进一步发展带来了阻碍。因此,以内容为中心的新型未来互联网架构：内容中心网络(Named Data Networking)于2009年被提出，并得到快速发展。

内容中心网络采用以数据为中心的通信模式，通过建立全新的互联网网络架构体系，打破了原有基于位置的通信模式(Location-Based)，即不考虑内容存储所在的物理位置，实现了网络从“where”到“what”的革命性变革，其基本含义就是将整个互联网的需求由主机调整为数据内容，其优势在于极大的提高了网络资源的共享率，提升了网络性能。

大量研究表明，为了实现内容中心网络这一新型互联网构架，要求其转发平面有高效率的路由存储结构，以支持更高速的报文匹配及路由更新操作。其中，该存储结构在10Gbps至20Gbps的链接速率下，其报文处理能力应达到百万级别，同时能实现基于最长前缀匹配原则(Longest Prefix Matching)的FIB表查询、更新操作；其次应充分考虑该网络中可变长的新型数据命名方式以及当前的硬件存储器技术水平。然而，目前常用的基于Hash方法、Bloom filter技术或Name Component Encoding树形编码方案的FIB存储结构，都不能完全满足上述需求。

发明内容

针对上述问题，本发明设计了一种针对内容中心网络转发平面特点的新型FIB表存储结构。该结构可以在满足内容中心网络转发平面百万级别报文处理能力的同时，实现高效率的路由信息存储，基于最长前缀匹配原则的FIB表快速报文匹配及更新操作，并可以部署于当前硬件环境下。

为了解决上述技术问题，本发明提出的一种内容中心网络转发平面FIB表结构，包括一个片内存储单元和两个片外存储单元；所述片内存储单元由可定位型布隆存储器组构成，所述可定位型布隆存储器组使用多个可定位型布隆数据结构作为数据索引；两个片外存储单元中，一个片外存储单元由CBF存储器组构成，所述CBF存储器组使用多个CBF(Counter Bloom filter)数据结构以实现FIB表更新操作，另一个片外存储单元由一个片外静态存储 器构成，所述片外静态存储器使用静态存储结构以存储实际数据报文的转发信息。

本发明提出的一种可定位型布隆数据结构，包括一个通用型Bloom filter数组BF和一个定位数组MA，其中所述通用型Bloom filter数组BF用于确定一个元素是否在集合中，所述定位数组MA是一个与所述通用型Bloom filter数组BF有一定映射关系的比特数组，根据所述定位数组MA的数值可确定所述元素在该可定位型布隆数据结构所映射存储结构中的偏移地址。

本发明提出的一种内容中心网络转发平面FIB表结构的检索方法，是根据本发明中提出的上述内容中心网络转发平面FIB表结构。其中，所述可定位型布隆存储器组使用本发明中提出的上述可定位型布隆数据结构作为数据索引；该内容中心网络转发平面FIB表结构的检索方法包括FIB表报文匹配查询、FIB表更新以及报文名称前缀在可定位型布隆数据结构中进行最长前缀匹配查询；其中：

FIB表报文匹配查询的步骤包括：

步骤1-1、将基于分级结构的报文名称输入到所述可定位型布隆存储器组中；

步骤1-2：按照最长前缀匹配原则在所述可定位型布隆存储器组中并行进行查询操作，从而判断该报文名称的转发信息是否在FIB表中，

如果在所述可定位型布隆存储器组中存在匹配的报文名称，则执行步骤1-3；

如果在所述可定位型布隆存储器组中不存在匹配的报文名称，则执行步骤1-4；

步骤1-3：在片外静态存储器中读取转发信息，根据可定位型布隆存储器组的输出结果，获得最长匹配前缀在片外存静态储器中的偏移地址，并按照该偏移地址在片外静态存储器中读取该最长匹配前缀所对应的下一跳路由转发信息；

步骤1-4：向转发平面返回FIB表查询结果，结束FIB表报文匹配查询；

FIB表更新的步骤包括：

步骤2-1、将基于分级结构的待更新报文名称前缀输入CBF存储器组中。