[发明专利]基于BF_TCAM实现零范围扩张的高效范围匹配方法

说明书

本发明提出了一种基于BF_TCAM实现零范围扩张的高效范围匹配方法，解决了目前基于TCAM实现范围匹配方法存在的存储利用率低、功耗大的问题，主要应用包括报文分类中端口范围匹配，存储保护中访存地址的审查等。本发明高效性体现在：高效存储、高速查找及低功耗。其特点在于，SMLCP算法将范围匹配过程分解为前缀匹配和特征区间比对两个步骤，从而便于使用TCAM技术，使TCAM存储利用率达到100％。根据SMLCP算法设计了BF_TCAM模型，按前缀长度对范围进行分类处理，使用Bloom filter对关键字过滤，屏蔽无关项参与比较，从而大幅降低功耗。使用流水线技术减小电路关键路径长度，使查找操作在一个时钟周期内完成。

技术领域

本发明涉及一种基于Bloom filter算法和TCAM(Ternary Content AddressableMemory,三态内容寻址存储器)实现零范围扩张的高效范围匹配方法，主要用于解决报文分类中端口范围匹配，存储保护中访存地址的审查等，实现访问控制、安全过滤、带宽控制等功能，广泛应用于防火墙、路由器、交换机、分布式存储网络、可信计算安全平台等设备中。这些应用对查找性能要求很高，高速的范围匹配是其实现的技术支撑。

背景技术

目前业界普遍使用TCAM实现高速查找表。和普通内存通过地址寻找内容不同，TCAM通过内容定位地址，它将查找输入的关键字和所有表项进行并行比较来定位关键字匹配的存储地址，根据得到的地址在RAM中索引规则内容。TCAM可以在固定的时钟周期完成查找操作，目前其时钟周期可以达到2ns，实现500MSPS的查找速率。TCAM三态特性需要使用多达16个晶体管来实现一个比特的存储，导致芯片面积较大且价格不菲，而其并行比较特性使得功耗很高，一个18Mbit的TCAM功耗高达15W。

TCAM突出的问题在于其不适于实现范围匹配，它的三态性便于实现精确匹配和前缀匹配。比如TCAM可以方便地表达报文分类中的协议字段和IP地址字段，但端口范围无法直接实现。目前已有方案是将范围匹配转换成前缀匹配和精确匹配，一个范围字段往往映射出多条匹配表项，称为范围扩张(range expansion)。范围扩张降低了TCAM空间使用效率，造成了较大的配置负载，提高了更新代价，同时使TCAM的功耗问题雪上加霜。