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题名	基于SRAM的IP查找流水线研究
作者	吴小龙
答辩日期	2012-06-02
文献子类	硕士
授予单位	中国科学院研究生院
授予地点	北京
导师	谢应科
学位专业	其它专业
英文摘要	高速增长的网络链路速率（OC768，40Gbps）给IP查找的吞吐量带来了巨大的挑战。 另外，路由表规模急剧增加，而虚拟路由器导致路由表规模进一步扩大，这给 IP 查找 的存储资源带来了严峻的挑战。 针对 IP 查找存在的问题，本文深入研究了 IP 查找方法，提出一种支持虚拟路由器 可扩展的内存均衡的IP查找流水线架构DLP（Dual Linear Pipeline）。DLP具有内存均 衡，高吞吐量，支持虚拟路由器等特点。论文的研究工作已取得了以下成果： 1. 提出了基于节点高度的流水级分割方法。本文针对片内SRAM容量有限的问题， 使用按节点高度划分trie树的方法，把大量的节点分割到片外SRAM，很好地解决了片 内 SRAM 容量有限的问题；实验结果表明，采用 3 级以上的片外 SRAM，按节点高度 划分的方法就可以把大量的节点（80%以上）映射到片外SRAM。 2. 提出了支持增量更新的均衡映射算法。通过把大量的节点存储在片外SRAM，根 据流水级数和树高选取合适的初始步长，对trie树进行前缀扩展分成多棵子树，然后把 子树转化成分组队列，在对分组队列排序之后，把trie树均衡地映射到对应的SRAM流 水级。这个方法可以使得各级流水线存储均衡，很好地支持增量更新，同时可以在一个 时钟周期完成一次IP 查找。 3. 设计并实现了支持虚拟路由器的并行流水线架构DLP。针对虚拟路由器多个路由 表和路由引擎的新问题，该架构利用前面提出的两种方法，实现了只需要一个查找引擎 就可以实现多个路由器实例的 IP 查找。DLP 的流水线内存分布均衡，内存利用率可以 达到98%以上，在FPGA上布局布线之后的 IP 查找速度可达到85Gbps。在PEARL原 型系统上实现DLP，其中原型系统是4个GE端口的设备，测试转发性能可以达到系统 的最大吞吐量4 Gbps。DLP也具有很好的扩展性，吞吐量随着路由器实例的增加保持不 变。高速增长的网络链路速率（OC768，40Gbps）给IP查找的吞吐量带来了巨大的挑战。 另外，路由表规模急剧增加，而虚拟路由器导致路由表规模进一步扩大，这给 IP 查找 的存储资源带来了严峻的挑战。 针对 IP 查找存在的问题，本文深入研究了 IP 查找方法，提出一种支持虚拟路由器 可扩展的内存均衡的IP查找流水线架构DLP（Dual Linear Pipeline）。DLP具有内存均 衡，高吞吐量，支持虚拟路由器等特点。论文的研究工作已取得了以下成果： 1. 提出了基于节点高度的流水级分割方法。本文针对片内SRAM容量有限的问题， 使用按节点高度划分trie树的方法，把大量的节点分割到片外SRAM，很好地解决了片 内 SRAM 容量有限的问题；实验结果表明，采用 3 级以上的片外 SRAM，按节点高度 划分的方法就可以把大量的节点（80%以上）映射到片外SRAM。 2. 提出了支持增量更新的均衡映射算法。通过把大量的节点存储在片外SRAM，根 据流水级数和树高选取合适的初始步长，对trie树进行前缀扩展分成多棵子树，然后把 子树转化成分组队列，在对分组队列排序之后，把trie树均衡地映射到对应的SRAM流 水级。这个方法可以使得各级流水线存储均衡，很好地支持增量更新，同时可以在一个 时钟周期完成一次IP 查找。 3. 设计并实现了支持虚拟路由器的并行流水线架构DLP。针对虚拟路由器多个路由 表和路由引擎的新问题，该架构利用前面提出的两种方法，实现了只需要一个查找引擎 就可以实现多个路由器实例的 IP 查找。DLP 的流水线内存分布均衡，内存利用率可以 达到98%以上，在FPGA上布局布线之后的 IP 查找速度可达到85Gbps。在PEARL原 型系统上实现DLP，其中原型系统是4个GE端口的设备，测试转发性能可以达到系统 的最大吞吐量4 Gbps。DLP也具有很好的扩展性，吞吐量随着路由器实例的增加保持不 变。
语种	中文
学科主题	计算机系统结构
公开日期	2012-06-20
内容类型	学位论文
源URL	[http://ictir.ict.ac.cn/handle/311040/1328]
专题	中国科学院计算技术研究所学位论文_2012硕士
推荐引用方式 GB/T 7714	吴小龙. 基于SRAM的IP查找流水线研究[D]. 北京. 中国科学院研究生院. 2012.

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