[发明专利]基于BF_TCAM实现零范围扩张的高效范围匹配方法

权利要求书

1.一种基于BF_TCAM实现零范围扩张的高效范围匹配方法,BF_TCAM即Bloom filter和TCAM，适用于网络设备中端口范围匹配、存储保护中访存地址审查，其特征在于：提出基于最长共同前缀的分段匹配SMLCP算法，将范围匹配转化为前缀匹配和特征区间比对两个步骤；范围区间[s，t]内任意一整数点x，其二进制编码分为最长共同前缀和偏移量两段，其中LCP是区间内所有整数点的最长共同前缀；SMLCP算法包括配置过程、查找过程、更新过程；所述配置过程分为4个步骤：

步骤1、获取范围区间；

步骤2、计算范围区间的lcp，根据LCP前缀长度划分子集；

步骤3、首先训练各子集的Bloom filter计数器, 对每个范围的LCP进行K组哈希计算，记录训练结果，当学习完所有范围后更新前缀预处理BFPP单元Bloom filter的位数组，对应Bloom filter计数器不为0的位被置1；

步骤4、配置TCAM和RAM，根据前缀长度找到相应TCAM块存入lcp值，范围的特征区间和附属信息存入RAM相应位置，该步骤与步骤3在时间上同步，没有顺序要求，完成配置；

所述查找过程为：

查找与关键字x任意长度前缀相匹配的范围区间，至多有W个范围的LCP与x相匹配，W为x二进制编码位宽；根据x的偏移量精确挑选出匹配的范围。

2.根据权利要求1所述的基于BF_TCAM实现零范围扩张的高效范围匹配方法，其特征在于：使用分类处理思想，根据前缀长度划分范围子集，各子集独立并行处理，能够随机插入或删除表项，支持增量更新；利用Bloom filter对关键字各长度前缀进行预判断，过滤无关范围子集参与比较；针对Bloom filter无法删除元素的缺陷设计Bloom filter计数器，将位数组的每一位扩展为计数器，每增加或删除一个元素时执行加1或减1操作；设计BF_TCAM模型，分为前缀预处理BFPP单元，含有区间比较器的TCAM_RAM存储单元，更新单元和状态单元；BFPP单元对关键字进行判断，筛选出关键字所在的前缀子集；TCAM_RAM单元存储所有范围的LCP、特征区间及附属信息，每个前缀子集对应一组TCAM_RAM，由片选信号进行选择；更新单元维护Bloom filter计数器，实时更新BFPP单元的Bloom filter和TCAM_RAM；状态单元记录工作状态，指示关键字是否有效。

3.根据权利要求1所述的基于BF_TCAM实现零范围扩张的高效范围匹配方法，其特征在于：查找过程分为3个步骤：

步骤1、前缀预处理，Bloom filter对关键字各个长度前缀进行运算，将命中的前缀子集标记在匹配向量match_vector中，过滤掉其它子集，选中match_vector标记的TCAM块和RAM块，这个阶段如果发现没有匹配前缀即match_vector为0可判断关键字无效；

步骤2、在选中子集的TCAM块中查找关键字，若存在匹配表项，以其位置作为地址索引RAM，输出相关范围的特征区间至区间比较器；

步骤3、区间比较器判断关键字偏移量是否位于特征区间，若存在匹配区间，将对应的附属信息输出，完成范围匹配，否则判定关键字无效。

4.根据权利要求1所述的基于BF_TCAM实现零范围扩张的高效范围匹配方法，其特征在于：更新过程分为3个步骤：

步骤1、计算插入/删除范围的LCP，根据LCP前缀长度定位所属子集；

步骤2、训练子集对应的Bloom filter计数器，对LCP进行K组哈希计算，记录计算结果，插入过程中如计数器发生0到1的正跳变,置BFPP单元Bloom filter的位数组相应位为1，删除过程中如果Bloom filter计数器发生1到0负跳变，置BFPP单元Bloom filter的位数组相应位为0；

步骤3、在子集相应的TCAM块中存储/删除LCP，RAM块中存储/删除特征区间，完成更新。

5.根据权利要求1所述的基于BF_TCAM实现零范围扩张的高效范围匹配方法，其特征在于：增加流水线从而减少电路关键路径长度，使查找操作在一个时钟周期内完成。