Vyhledávání nejdelšího shodného prefixu ve vysokorychlostních sítích

Abstract

Tato práce se zabývá vyhledáváním nejdelšího shodného prefixu (LPM), což je časově kritická operace při směrování paketů. Pro dosažení propustnosti 100Gbps je nutná hardwarová implementace této operace a směrovací tabulka musí být uložena v paměti na čipu, která je omezena nízkou kapacitou. Současné LPM algoritmy vyžadují velké množství paměti pro uložení směrovacích tabulek protokolu IPv6, nebo je není možno jednoduše implementovat v HW. Proto jsem se zaměřil na analýzu směrovacích tabulek IPv6 a několika známých LPM algoritmů. Na základě této analýzy jsem navrhl nový algoritmus, který vyniká nízkou paměťovou složitostí pro IPv4/IPv6 vyhledávání. Navržený algoritmus má nejnižší paměťové nároky v porovnání s existujícími LPM algoritmy. Navíc je vhodný pro nasazení ve vysokorychlostních 100Gbps sítích, což bylo ukázáno s pomocí nové hardwarové architektury využívající zřetězené zpracování s propustností 140Gbps.

This thesis deals with the Longest Prefix Matching (LPM), which is a time-critical operation in packet forwarding. To achieve 100Gbps throughput, this operation has to be implemented in hardware and a forwarding table has to fit into the on-chip memory, which is limited by its small size. Current LPM algorithms need large memory to store IPv6 forwarding tables or cannot be simply implemented in HW. Therefore we performed an analysis of available IPv6 forwarding tables and several LPM algorithms. Based on this analysis, we propose a new algorithm which is able to provide very low memory demands for IPv4/IPv6 lookups. To the best of our knowledge, the proposed algorithm has the lowest memory requirements in comparison to existing LPM algorithms. Moreover, the proposed algorithm is suitable for IP lookup in 100Gbps networks, which is shown on new pipelined hardware architecture with 140Gbps throughput.