專(zhuān)利名稱(chēng)：一種快速查找ipv6路由的系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及計(jì)算機(jī)領(lǐng)域，尤其涉及一種快速查找IPV6路由的方法。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的迅猛發(fā)展，路由技術(shù)在網(wǎng)絡(luò)技術(shù)中已逐漸成為關(guān)鍵部分，路由器也隨之成為最重要的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之一。它的處理速度是網(wǎng)絡(luò)通信的主要瓶頸之一，其性能則直接影響著網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的質(zhì)量。高效的路由表查找算法是影響路由器轉(zhuǎn)發(fā)效率的重要因素。隨著Internet網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的擴(kuò)大，路由表的大小與日俱增，隨著無(wú)分類(lèi)域間路由(Classless Inter Domain Routing, CIDR)的引入，IP地址查找從一個(gè)精確匹配的問(wèn)題轉(zhuǎn)變成為一個(gè)最優(yōu)匹配的問(wèn)題，必須采用最長(zhǎng)前綴匹配(LongestPrefix Match, LPM)算法解決，從而大大增加了 IP地址查找的復(fù)雜性。特別是IPv6協(xié)議帶來(lái)了巨大的地址空間和更長(zhǎng)的地址格式，這些都對(duì)提高路由表查找算法效率提出了挑戰(zhàn)。因此，必須研究適合IPv6的路由查找算法。目前，針對(duì)IPv6的路由查找方法主要有基于trie樹(shù)的方法、基于多分支trie樹(shù)的方法、基于前綴長(zhǎng)度的二分查找(binary SearchonPrefix Lengths)以及基于TCMA的算法等。(I)基于Trie樹(shù)的方法，用二進(jìn)制Trie結(jié)構(gòu)來(lái)表示地址前綴是一個(gè)常用的方法。Trie采用一種基于樹(shù)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，通過(guò)前綴中每一位的值來(lái)決定樹(shù)的分支用二進(jìn)制Trie結(jié)構(gòu)表示的地址前綴表，樹(shù)中每個(gè)節(jié)點(diǎn)最多有兩個(gè)孩子節(jié)點(diǎn)。在Trie樹(shù)中，處于第L層的節(jié)點(diǎn)代表了一個(gè)地址前L比特均相同的地址空間，并且這L個(gè)比特串就是由從根節(jié)點(diǎn)到這個(gè)節(jié)點(diǎn)路徑上的L比特組成。該方法的缺點(diǎn)是存儲(chǔ)空間浪費(fèi)較多，Trie樹(shù)中間結(jié)點(diǎn)可以進(jìn)行壓縮和優(yōu)化，因此有路徑壓縮的Trie樹(shù)方法。(2)多分支Trie樹(shù)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是步寬的選擇。較大的步寬產(chǎn)生深度較淺的Trie樹(shù)，但需要消耗較多的表項(xiàng)存儲(chǔ)空間，前綴更新涉及的節(jié)點(diǎn)也比較多，因此步寬的選擇也就是在算法查找速度、存儲(chǔ)空間和更新復(fù)雜度之間的折衷。(3)按前綴長(zhǎng)度進(jìn)行二分查找(binary Search on Prefix Lengths)的算法,該算法將最長(zhǎng)前綴匹配按前綴長(zhǎng)度分解成一系列的精確匹配，并將前綴按長(zhǎng)度分別存儲(chǔ)在不同Hash表中，地址查找時(shí)，按前綴長(zhǎng)度對(duì)所有的Hash表進(jìn)行二分查找。該算法查找的平均次數(shù)為0(log2W)，存儲(chǔ)空間復(fù)雜度為0(Nlog2W)。該算法具有良好的擴(kuò)展性，但引入了大量的標(biāo)記來(lái)進(jìn)行二分查找以避免回溯，因此增加了存儲(chǔ)的復(fù)雜度。(4) TCAM是一種基于硬件的方法，TCAM中每一個(gè)表項(xiàng)以〈地址，掩碼 > 序偶的形式保存。假設(shè)地址的長(zhǎng)度范圍從I到W，則地址和掩碼分別占用W比特。若某個(gè)地址前綴的長(zhǎng)度為Y，則其掩碼的前Y個(gè)比特為I，其它比特為O，而地址的后W-Y個(gè)比特可為I或O。查找時(shí)TCAM判斷查找關(guān)鍵字的前Y比特是否與目的地址的前Y比特相等，若相等則表示關(guān)鍵字與該表項(xiàng)匹配，否則不匹配?；赥CAM的查找方案的最大優(yōu)點(diǎn)是速度快，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單。完成一次查找只需三步操作:查找TCAM、查找下一跳(next-hop)索引表和查找next-hop映射表。若應(yīng)用流水線技 術(shù)，可以進(jìn)一步提高查找速度。缺點(diǎn)是TCAM容量小，代價(jià)高，功耗大，更新復(fù)雜。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種查找速度快、效率高、穩(wěn)定性好的快速查找IPV6路由的系統(tǒng)及方法。本發(fā)明解決上述技術(shù)問(wèn)題的技術(shù)方案如下:一種快速查找IPV6路由的系統(tǒng)，包括一個(gè)路由存儲(chǔ)表，所述路由存儲(chǔ)表包括一個(gè)一級(jí)線性索引表和一個(gè)以上的存儲(chǔ)模塊；所述一級(jí)線性索引表用于存儲(chǔ)一個(gè)以上的索引值，每個(gè)索引值對(duì)應(yīng)一個(gè)存儲(chǔ)模塊；其中，每個(gè)索引值為一個(gè)路由前綴的第4-16比特的值；所述存儲(chǔ)模塊用于存儲(chǔ)17比特之后的路由前綴。在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本發(fā)明還可以做如下改進(jìn)。進(jìn)一步，所述存儲(chǔ)模塊包括一個(gè)或一個(gè)以上的存儲(chǔ)單元，存儲(chǔ)單元包括一個(gè)單獨(dú)的多比特樹(shù)或一個(gè)以上的無(wú)沖突哈希表，每個(gè)無(wú)沖突哈希表附帶若干個(gè)多比特樹(shù)。進(jìn)一步,所述無(wú)沖突哈希表的種類(lèi)包括hash32、hash40和hash48表。進(jìn)一步，所述每個(gè)無(wú)沖突哈希表包括一個(gè)一級(jí)哈希表和若干個(gè)二級(jí)哈希表；一級(jí)哈希表包含若干個(gè)表項(xiàng)，每個(gè)表項(xiàng)包含三個(gè)單元，第一單元存儲(chǔ)二級(jí)哈希表可存儲(chǔ)元素個(gè)數(shù)m，第二單元存儲(chǔ)調(diào)節(jié)參數(shù)a的值，第三單元存儲(chǔ)指向二級(jí)哈希表的數(shù)組指針P ;二級(jí)哈希表包含若干個(gè)存儲(chǔ)單元，用于存儲(chǔ)路由前綴。本發(fā)明解決上述技術(shù)問(wèn)題的另一技術(shù)方案如下:一種快速查找IPV6路由的方法，包括如下步驟:步驟1:初始化路由前綴層次關(guān)系為一棵層次樹(shù)；步驟2:讀取一條IPV6路由，計(jì)算其第4至16比特的值；步驟3:判斷該值在一級(jí)線性索引表中是否已存在，如果存在則進(jìn)入步驟4 ;否則創(chuàng)建該索引值對(duì)應(yīng)的存儲(chǔ)模塊，進(jìn)入步驟4 ;步驟4:根據(jù)IPV6路由前綴的層次關(guān)系和IPV6路由前綴長(zhǎng)度的分布規(guī)律將17比特之后的路由如綴添加到相應(yīng)存儲(chǔ)I吳塊中；步驟5:查找路由時(shí)，根據(jù)目的地址的前綴的第4至16比特的值在一級(jí)線性索引表中找到對(duì)應(yīng)的存儲(chǔ)模塊；步驟6:根據(jù)存儲(chǔ)模塊包含存儲(chǔ)單元的情況查找下一跳路由。在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本發(fā)明還可以做如下改進(jìn)。進(jìn)一步，所述步驟4中將17比特之后的路由前綴添加到相應(yīng)的存儲(chǔ)模塊中的具體步驟如下:步驟4.1:讀取IPV6路由前綴長(zhǎng)度，記為x ；步驟4.2:根據(jù)X值的大小進(jìn)行如下操作，若16〈x〈32，將路由前綴的17至x比特存入步寬為4，深度為4的多比特樹(shù)的中；若x=32，將路由前綴的17至32比特存入哈希表hash32中；若32〈x〈40，將路由前綴的17至32比特存入哈希表hash32中，33至x比特存入hash32對(duì)應(yīng)的步寬為2，深度為4的多比特樹(shù)中；
若x=40，判斷該路由信息是否處于層次樹(shù)的最底層，且無(wú)父節(jié)點(diǎn)，如果是則將路由前綴的17至40比特存入哈希表hash40中；否則將路由前綴的17至32比特存入hash32中，將17至40比特存入hash40中；若40〈x〈48，判斷該路由信息是否處于層次樹(shù)最底層，且無(wú)父節(jié)點(diǎn)，如果是則將路由前綴的17至40比特存入哈希表hash40中，41至x比特存入hash40對(duì)應(yīng)的步寬為2，深度為4的多比特樹(shù)中；否則將路由前綴的17至32比特存入hash32中，將17至40比特存入hash40中，將41至x比特存入hash40對(duì)應(yīng)的多比特樹(shù)中；x=48，判斷該路由信息是否處于層次樹(shù)的最底層，且無(wú)父節(jié)點(diǎn)，如果是則將路由前綴的17至48比特存入哈希表hash48中；否則將路由前綴的17至32比特存入hash32中，將17至40比特存入hash40中，將17至48比特存入hash48中；若x>48，判斷該路由信息是否處于層次樹(shù)的最底層，且無(wú)父節(jié)點(diǎn)，如果是則將路由前綴的17至48比特存入哈希表hash48中，49至x比特存入步寬為4的多比特樹(shù)中；否則將路由前綴的17至32比特存入hash32中，將17至40比特存入hash40中，將17至48比特存入hash48中，將49至X比特存入hash48對(duì)應(yīng)的多比特樹(shù)中。進(jìn)一步,將路由前綴存入hash32、hash40和hash48表的具體步驟如下:步驟4.2.1:初始化無(wú)沖突哈希表，每個(gè)無(wú)沖突表包含一級(jí)哈希表和二級(jí)哈希表表；一級(jí)哈希表包含若干個(gè)表項(xiàng)，每個(gè)表項(xiàng)包含三個(gè)單元:第一單元存儲(chǔ)二級(jí)哈希表可存儲(chǔ)元素個(gè)數(shù)m，第二單元存儲(chǔ)調(diào)節(jié)參數(shù)a的值，第三單元存儲(chǔ)指向二級(jí)哈希表的數(shù)組指針。步驟4.2.2:將路由前綴的17至X (x可取32、40或48)比特分成兩部分，分別為xl和x2,對(duì)xl進(jìn)行hash運(yùn)算,將運(yùn)算得到的值作為一級(jí)索引值,指向二級(jí)哈希表；步驟4.2.3:對(duì)x2+a的值進(jìn)行hash運(yùn)算,得到的值用于確定前綴在二級(jí)哈希表中的存儲(chǔ)的位置；步驟4.2.4:判斷步驟4.2.3所得的值確定的二級(jí)哈希表的位置是否為空，如果該位置為空，則將前綴17至X比特的值存儲(chǔ)在該位置中，進(jìn)入步驟4.2.6 ;如果不為空則發(fā)生了哈希碰撞，進(jìn)入步驟4.2.5 ；步驟4.2.5:調(diào)整a的值(a取不同的素?cái)?shù)值)，返回步驟4.2.3 ;步驟4.2.6:將一級(jí)哈希表第一存儲(chǔ)單元中的m值加I,同時(shí)調(diào)整二級(jí)哈希表的長(zhǎng)度，其中二級(jí)哈希表的長(zhǎng)度為2*m。進(jìn)一步，所述步驟6根據(jù)存儲(chǔ)模塊包含存儲(chǔ)單元的情況查找下一跳路由的具體步驟:步驟6.1:查看所述存儲(chǔ)模塊中是否存儲(chǔ)有數(shù)據(jù)，如果有則進(jìn)入步6.2，否則進(jìn)入步驟6.8 ；步驟6.2:根據(jù)所述存儲(chǔ)模塊中包含存儲(chǔ)單元的情況，進(jìn)行如下操作:對(duì)于只包含一個(gè)單獨(dú)的多比特樹(shù)的，則直接進(jìn)入該多比特樹(shù)中進(jìn)行查找，找到則返回下一跳路由，否則跳至6.8 ;對(duì)于包含hash32表的，則以hash32表為入口地址，進(jìn)入步驟6.3 ;對(duì)于不包含hash32表、包含hash40表的，則以hash40表為入口地址，進(jìn)入步驟
6.5 ；對(duì)于只包含hash48表的，則以hash48表為入口地址，進(jìn)入步驟6.7 ；
步驟6.3:以hash32表為入口地址，查找路由前綴的前32比特的值在hash32表中是否存在，如果存在則進(jìn)入步驟6.4 ;否則進(jìn)入步驟6.8 ；步驟6.4:查看路由前綴是否處于層次樹(shù)的根節(jié)點(diǎn)處，且該根節(jié)點(diǎn)不包含葉子節(jié)點(diǎn)，如果是則在本哈希表中進(jìn)行查找，否則進(jìn)入步驟6.5或步驟6.7 ；步驟6.5:以hash40表為入口地址，查找前40比特的值在hash40表中是否存在，如果存在則進(jìn)入步驟6.6 ;否則進(jìn)入步驟6.8 ；步驟6.6:查看路由前綴是否處于層次樹(shù)的根節(jié)點(diǎn)處，且該根節(jié)點(diǎn)不包含葉子節(jié)點(diǎn)，如果是則在本哈希表中進(jìn)行查找，否則進(jìn)入步驟6.7 ；步驟6.7:以hash48表為入口地址，查找前48比特的值在hash48表中是否存在，如果存在則在本哈希表中進(jìn)行查找；否則進(jìn)入步驟6.8 ；步驟6.8:跳轉(zhuǎn)至默認(rèn)路由。進(jìn)一步，所述步驟6.4、6.6和6.7中所述在本哈希表中查找的具體步驟為:步驟a:根據(jù)無(wú)沖突哈希表的結(jié)構(gòu),在無(wú)沖突哈希表的二級(jí)索引表中查找,若找到進(jìn)入步驟b;否則進(jìn)入步驟c ;步驟b:查看本哈希表對(duì)應(yīng)的多比特樹(shù)是否為空，為空則將本哈希表中的值作為下一跳的路由返回，否則進(jìn)入本哈希表對(duì)應(yīng)的多比特樹(shù)中繼續(xù)查找，找到則返回下一跳路由，否則進(jìn)入步驟c ;步驟c:跳至默認(rèn)路由。進(jìn)一步，所述在多比特樹(shù)中查找的步寬為2或4。本發(fā)明的有益效果是:1)本法明提供了一個(gè)一級(jí)的線性索引，提高了路由查找的效率；2)根據(jù)路由前綴長(zhǎng)度的分布規(guī)律選擇無(wú)沖突哈希表，與骨干網(wǎng)中真實(shí)的IPv6數(shù)據(jù)相吻合，依據(jù)前綴層次關(guān)系對(duì)路由信息進(jìn)行劃分，減少比較次數(shù)；3)對(duì)于前綴長(zhǎng)度不是32、40和48比特的前綴，對(duì)其取模，所得到的多余的比特存儲(chǔ)在多比特樹(shù)中，對(duì)樹(shù)的步寬和深度做了權(quán)衡，提高查找速度；4)隨著IPv6的普及和子網(wǎng)化的深入，該算法的穩(wěn)定性較好


圖1為本發(fā)明所述一種快速查找IPV6路由的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；圖2為無(wú)沖突哈希表的結(jié)構(gòu)圖；圖3為本發(fā)明所述一種快速查找IPV6路由的方法流程圖；圖4為步驟4的流程圖；圖5為步驟4.2的流程圖；圖6為步驟6的流程圖。附圖中，各標(biāo)號(hào)所代表的部件列表如下:1、一級(jí)線性索引表，2、存儲(chǔ)模塊，101、一級(jí)哈希表，102、二級(jí)哈希表。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的原理和特征進(jìn)行描述，所舉實(shí)例只用于解釋本發(fā)明，并非用于限定本發(fā)明的范圍。如圖1所示，一種快速查找IPV6路由的系統(tǒng)，包括一個(gè)路由存儲(chǔ)表，所述路由存儲(chǔ)表包括一個(gè)一級(jí)線性索引表I和一個(gè)以上的存儲(chǔ)模塊2 ；所述一級(jí)線性索引表I用于存儲(chǔ)一個(gè)以上的索引值,每個(gè)索引值對(duì)應(yīng)一個(gè)存儲(chǔ)模塊；其中，每個(gè)索引值為一個(gè)路由前綴的第4-16比特的值；所述存儲(chǔ)模塊2用于存儲(chǔ)17比特之后的路由前綴。其中，所述存儲(chǔ)模塊2包括一個(gè)或一個(gè)以上的存儲(chǔ)單元，存儲(chǔ)單元包括一個(gè)單獨(dú)的多比特樹(shù)或一個(gè)以上的無(wú)沖突哈希表，每個(gè)無(wú)沖突哈希表附帶若干個(gè)多比特樹(shù)。其中，所述無(wú)沖突哈希表的種類(lèi)包括hash32、hash40和hash48表。如圖2所示，所述每個(gè)無(wú)沖突哈希表包括一個(gè)一級(jí)哈希表101和若干個(gè)二級(jí)哈希表 102 ；—級(jí)哈希表101包含若干個(gè)表項(xiàng)，每個(gè)表項(xiàng)包含三個(gè)單元，第一單元存儲(chǔ)二級(jí)哈希表可存儲(chǔ)元素個(gè)數(shù)m，第二單元存儲(chǔ)調(diào)節(jié)參數(shù)a的值，第三單元存儲(chǔ)指向二級(jí)哈希表的數(shù)組指針P ;二級(jí)哈希表102包含若干個(gè)存儲(chǔ)單元，用于存儲(chǔ)路由前綴。如圖3所示:一種快速查找IPV6路由的方法，包括如下步驟:步驟1:初始化路由前綴層次關(guān)系為一棵層次樹(shù)；其中，前綴層次關(guān)系體現(xiàn)在一棵層次關(guān)系樹(shù)中，父節(jié)點(diǎn)的前綴區(qū)間覆蓋其子孫節(jié)點(diǎn)的前綴區(qū)間；同一層的節(jié)點(diǎn)，前綴區(qū)間沒(méi)有交集；步驟2:讀取一條IPV6路由，計(jì)算其第4至16比特的值；以路由前綴的第4_16比特的值作為索引表中的索引值，每個(gè)索引值對(duì)應(yīng)一個(gè)存儲(chǔ)模塊，可包含8192個(gè)存儲(chǔ)模塊；步驟3:判斷該值在一級(jí)線性索引表中是否已存在，如果存在則進(jìn)入步驟4 ;否則創(chuàng)建該索引值對(duì)應(yīng)的存儲(chǔ)模塊，進(jìn)入步驟4 ;步驟4:根據(jù)IPV6路由前綴的層次關(guān)系和IPV6路由前綴長(zhǎng)度的分布規(guī)律將17比特之后的路由如綴添加到相應(yīng)存儲(chǔ)I吳塊中；步驟5:查找路由時(shí)，根據(jù)目的地址的前綴的第4至16比特的值在一級(jí)線性索引表中找到對(duì)應(yīng)的存儲(chǔ)模塊；步驟6:根據(jù)存儲(chǔ)模塊包含存儲(chǔ)單元的情況查找下一跳路由。如圖4所示，所述步驟4中將17比特之后的路由前綴添加到相應(yīng)的存儲(chǔ)模塊中的具體步驟如下:步驟4.1:讀取IPV6路由前綴長(zhǎng)度，記為x ；步驟4.2:根據(jù)X值的大小進(jìn)行如下操作，若16〈x〈32，將路由前綴的17至X比特存入步寬為4，深度為4的多比特樹(shù)的中；若x=32，將路由前綴的17至32比特存入哈希表hash32中；若32〈x〈40，將路由前綴的17至32比特存入哈希表hash32中，33至x比特存入hash32對(duì)應(yīng)的步寬為2，深度為4的多比特樹(shù)中；若x=40，判斷該路由信息是否處于層次樹(shù)的最底層，且無(wú)父節(jié)點(diǎn)，如果是則將路由前綴的17至40比特存入哈希表hash40中；否則將路由前綴的17至32比特存入hash32中，將17至40比特存入hash40中；若40〈x〈48，判斷該路由信息是否處于層次樹(shù)的最底層，且無(wú)父節(jié)點(diǎn)，如果是則將路由前綴的17至40比特存入哈希表hash40中，41至x比特存入hash40對(duì)應(yīng)的步寬為2，深度為4的多比特樹(shù)中；否則將路由前綴的17至32比特存入hash32中，將17至40比特存入hash40中，將41至X比特存入hash40對(duì)應(yīng)的多比特樹(shù)中；x=48，判斷該路由信息是否處于層次樹(shù)的最底層，且無(wú)父節(jié)點(diǎn)，如果是則將路由前綴的17至48比特存入哈希表hash48中；否則將路由前綴的17至32比特存入hash32中，將17至40比特存入hash40中，將17至48比特存入hash48中；若x>48，判斷該路由信息是否處于層次樹(shù)的最底層，且無(wú)父節(jié)點(diǎn)，如果是則將路由前綴的17至48比特存入哈希表hash48中，49至x比特存入步寬為4的多比特樹(shù)中；否則將路由前綴的17至32比特存入hash32中，將17至40比特存入hash40中，將17至48比特存入hash48中，將49至X比特存入hash48對(duì)應(yīng)的多比特樹(shù)中。如圖5所示,將路由前綴存入hash32、hash40和hash48表的具體步驟如下:步驟4.2.1:初始化無(wú)沖突哈希表，每個(gè)無(wú)沖突表包含一級(jí)哈希表和二級(jí)哈希表表；一級(jí)哈希表包含若干個(gè)表項(xiàng)，每個(gè)表項(xiàng)包含三個(gè)單元:第一單元存儲(chǔ)二級(jí)哈希表可存儲(chǔ)元素個(gè)數(shù)m，第二單元存儲(chǔ)調(diào)節(jié)參數(shù)a的值，第三單元存儲(chǔ)指向二級(jí)哈希表的數(shù)組指針。步驟4.2.2:將路由前綴的17至X (x可取32、40或48)比特分成兩部分，分別為xl和x2,對(duì)xl進(jìn)行hash運(yùn)算,將運(yùn)算得到的值作為一級(jí)索引值,指向二級(jí)哈希表；步驟4.2.3:對(duì)x2+a的值進(jìn)行hash運(yùn)算,得到的值用于確定前綴在二級(jí)哈希表中的存儲(chǔ)的位置；步驟4.2.4:判斷步驟4.2.3所得的值確定的二級(jí)哈希表的位置是否為空，如果該位置為空，則將前綴17至X比特的值存儲(chǔ)在該位置中，進(jìn)入步驟4.2.6 ;如果不為空則發(fā)生了哈希碰撞，進(jìn)入步驟4.2.5 ；步驟4.2.5:調(diào)整a的值(a取不同的素?cái)?shù)值)，返回步驟4.2.3 ;步驟4.2.6:將一級(jí)哈希表第一存儲(chǔ)單元中的m值加I,同時(shí)調(diào)整二級(jí)哈希表的長(zhǎng)度，其中二級(jí)哈希表的長(zhǎng)度為2*m。其中，當(dāng)發(fā)生沖突時(shí)，即當(dāng)路由前綴X古Y，Hashl(X) =Hashl(Y)且Hash2 (X+ a ) =Hash2 (Υ+ α )，調(diào)整算法因子 α 使得 Hash2 (X+α )關(guān) Hash2 (Υ+ α )，即使第二層的hash不發(fā)生碰撞。為了提高查找速度，Hashl和Hash2的計(jì)算復(fù)雜度不能太高，應(yīng)該盡可能的簡(jiǎn)單高效，算法因子α每個(gè)表項(xiàng)都不相同，經(jīng)驗(yàn)值取不同的素?cái)?shù)。如圖6所示，所述步驟6根據(jù)存儲(chǔ)模塊包含存儲(chǔ)單元的情況查找下一跳路由的具體步驟:步驟6.1:查看所述存儲(chǔ)模塊中是否存儲(chǔ)有數(shù)據(jù)，如果有則進(jìn)入步6.2，否則進(jìn)入步驟6.8 ；步驟6.2:根據(jù)所述存儲(chǔ)模塊中包含存儲(chǔ)單元的情況，進(jìn)行如下操作:對(duì)于只包含一個(gè)單獨(dú)的多比特樹(shù)的，則直接進(jìn)入該多比特樹(shù)中進(jìn)行查找，找到則返回下一跳路由，否則跳至6.8 ;對(duì)于包含hash32表的，則以hash32表為入口地址，進(jìn)入步驟6.3 ；對(duì)于不包含hash32表、包含hash40表的，則以hash40表為入口地址，進(jìn)入步驟
6.5 ；對(duì)于只包含hash48表的，則以hash48表為入口地址，進(jìn)入步驟6.7 ；步驟6.3:以hash32表為入口地址，查找路由前綴的前32比特的值在hash32表中是否存在，如果存在則進(jìn)入步驟6.4 ;否則進(jìn)入步驟6.8 ；步驟6.4:查看路由前綴是否處于層次樹(shù)的根節(jié)點(diǎn)處，且該根節(jié)點(diǎn)不包含葉子節(jié)點(diǎn)，如果是則在本哈希表中進(jìn)行查找，否則進(jìn)入步驟6.5或步驟6.7 ；步驟6.5:以hash40表為入口地址，查找前40比特的值在hash40表中是否存在，如果存在則進(jìn)入步驟6.6 ;否則進(jìn)入步驟6.8 ；步驟6.6:查看路由前綴是否處于層次樹(shù)的根節(jié)點(diǎn)處，且該根節(jié)點(diǎn)不包含葉子節(jié)點(diǎn)，如果是則在本哈希表中進(jìn)行查找，否則進(jìn)入步驟6.7 ；步驟6.7:以hash48表為入口地址，查找前48比特的值在hash48表中是否存在，如果存在則在本哈希表中進(jìn)行查找；否則進(jìn)入步驟6.8 ；步驟6.8:跳轉(zhuǎn)至默認(rèn)路由。其中，所述步驟6.4,6.6和6.7中所述在本哈希表中查找的具體步驟為:步驟a:根據(jù)無(wú)沖突哈希表的結(jié)構(gòu),在無(wú)沖突哈希表的二級(jí)索引表中查找,若找到進(jìn)入步驟b;否則進(jìn)入步驟c ;步驟b:查看本哈希表對(duì)應(yīng)的多比特樹(shù)是否為空，為空則將本哈希表中的值作為下一跳的路由返回，否則進(jìn)入本哈希表對(duì)應(yīng)的多比特樹(shù)中繼續(xù)查找，找到則返回下一跳路由，否則進(jìn)入步驟c ;步驟c:跳至默認(rèn)路由。其中在哈希表中的查找過(guò)程與向哈希表中添加路由的過(guò)程一致:I)將路由前綴的17至X (X可取32、40或48)比特分成兩部分，分別為xl和x2，對(duì)xl進(jìn)行hash運(yùn)算，將運(yùn)算得到的值作為一級(jí)索引值，指向二級(jí)哈希表；2)對(duì)x2+a的值進(jìn)行hash運(yùn)算，得到的值用于確定前綴在二級(jí)哈希表中的存儲(chǔ)的位置，進(jìn)而進(jìn)行相應(yīng)查找；其中a值與添加時(shí)的值一致。其中，所述在多比特樹(shù)中查找的步寬為2或4。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種快速查找IPV6路由的系統(tǒng)，其特征在于，包括一個(gè)路由存儲(chǔ)表，所述路由存儲(chǔ)表包括一個(gè)一級(jí)線性索引表和一個(gè)以上的存儲(chǔ)模塊； 所述一級(jí)線性索引表用于存儲(chǔ)一個(gè)以上的索引值，每個(gè)索引值對(duì)應(yīng)一個(gè)存儲(chǔ)模塊；其中，每個(gè)索引值為一個(gè)路由前綴的第4-16比特的值； 所述存儲(chǔ)模塊用于存儲(chǔ)17比特之后的路由前綴。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種快速查找IPV6路由的系統(tǒng)，其特征在于，所述存儲(chǔ)模塊包括一個(gè)或一個(gè)以上的存儲(chǔ)單元，存儲(chǔ)單元包括一個(gè)單獨(dú)的多比特樹(shù)或一個(gè)以上的無(wú)沖突哈希表，每個(gè)無(wú)沖突哈希表附帶若干個(gè)多比特樹(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述一種快速查找IPV6路由的系統(tǒng)，其特征在于，所述無(wú)沖突哈希表的種類(lèi)包括hash32、hash40和hash48表。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述一種快速查找IPV6路由的系統(tǒng)，其特征在于，所述每個(gè)無(wú)沖突哈希表包括一個(gè)一級(jí)哈希表和若干個(gè)二級(jí)哈希表； 一級(jí)哈希表包含若干個(gè) 表項(xiàng)，每個(gè)表項(xiàng)包含三個(gè)單元，第一單元存儲(chǔ)二級(jí)哈希表可存儲(chǔ)元素個(gè)數(shù)m，第二單元存儲(chǔ)調(diào)節(jié)參數(shù)a的值，第三單元存儲(chǔ)指向二級(jí)哈希表的數(shù)組指針P ; 二級(jí)哈希表包含若干個(gè)存儲(chǔ)單元，用于存儲(chǔ)路由前綴。
5.一種快速查找IPV6路由的方法，其特征在于，包括如下步驟: 步驟1:初始化路由前綴層次關(guān)系為一棵層次樹(shù)； 步驟2:讀取一條IPV6路由，計(jì)算其第4至16比特的值； 步驟3:判斷該值在一級(jí)線性索引表中是否已存在，如果存在則進(jìn)入步驟4 ;否則創(chuàng)建該索引值對(duì)應(yīng)的存儲(chǔ)模塊，進(jìn)入步驟4 ； 步驟4:根據(jù)IPV6路由前綴的層次關(guān)系和IPV6路由前綴長(zhǎng)度的分布規(guī)律將17比特之后的路由如綴添加到相應(yīng)存儲(chǔ)I吳塊中； 步驟5:查找路由時(shí)，根據(jù)目的地址的前綴的第4至16比特的值在一級(jí)線性索引表中找到對(duì)應(yīng)的存儲(chǔ)模塊； 步驟6:根據(jù)存儲(chǔ)模塊包含存儲(chǔ)單元的情況查找下一跳路由。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述一種快速查找IPV6路由的方法，其特征在于，所述步驟4中將17比特之后的路由前綴添加到相應(yīng)的存儲(chǔ)模塊中的具體步驟如下: 步驟4.1:讀取IPV6路由前綴長(zhǎng)度，記為X ； 步驟4.2:根據(jù)X值的大小進(jìn)行如下操作， 若16〈x〈32，將路由前綴的17至X比特存入步寬為4，深度為4的多比特樹(shù)的中； 若x=32，將路由前綴的17至32比特存入哈希表hash32中； 若32〈x〈40，將路由前綴的17至32比特存入哈希表hash32中，33至x比特存入hash32對(duì)應(yīng)的步寬為2，深度為4的多比特樹(shù)中； 若x=40，判斷該路由信息是否處于層次樹(shù)的最底層，且無(wú)父節(jié)點(diǎn)，如果是則將路由前綴的17至40比特存入哈希表hash40中；否則將路由前綴的17至32比特存入hash32中，將17至40比特存入hash40中； 若40〈x〈48，判斷該路由信息是否處于層次樹(shù)的最底層，且無(wú)父節(jié)點(diǎn)，如果是則將路由前綴的17至40比特存入哈希表hash40中，41至x比特存入hash40對(duì)應(yīng)的步寬為2，深度為4的多比特樹(shù)中；否則將路由前綴的17至32比特存入hash32中，將17至40比特存入hash40中，將41至x比特存入hash40對(duì)應(yīng)的多比特樹(shù)中； x=48，判斷該路由信息是否處于層次樹(shù)的最底層，且無(wú)父節(jié)點(diǎn)，如果是則將路由前綴的17至48比特存入哈希表hash48中；否則將路由前綴的17至32比特存入hash32中，將17至40比特存入hash40中，將17至48比特存入hash48中； 若x>48，判斷該路由信息是否處于層次樹(shù)的最底層，且無(wú)父節(jié)點(diǎn)，如果是則將路由前綴的17至48比特存入哈希表hash48中，49至x比特存入步寬為4的多比特樹(shù)中；否則將路由前綴的17至32比特存入hash32中，將17至40比特存入hash40中，將17至48比特存入hash48中，將49至X比特存入hash48對(duì)應(yīng)的多比特樹(shù)中。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述一種快速查找IPV6路由的方法，其特征在于，將路由前綴存入hash32、hash40和hash48表的具體步驟如下: 步驟4.2.1:初始化無(wú)沖突哈希表，每個(gè)無(wú)沖突表包含一級(jí)哈希表和若干個(gè)二級(jí)哈希表；一級(jí)哈希表包含若干個(gè)表項(xiàng)，每個(gè)表項(xiàng)包含三個(gè)單元，第一單元存儲(chǔ)二級(jí)哈希表可存儲(chǔ)元素個(gè)數(shù)m，第二單元存儲(chǔ)調(diào)節(jié)參數(shù)a的值，第三單元存儲(chǔ)指向二級(jí)哈希表的數(shù)組指針；步驟4.2.2:將路由前綴的17至x(x可取32、40或48)比特分成兩部分，分別為xl和x2,對(duì)xl進(jìn)行hash運(yùn)算,將運(yùn)算得到的值作為一級(jí)索引值,指向二級(jí)哈希表； 步驟4.2.3:對(duì)x2+a的值進(jìn)行hash運(yùn)算,得到的值用于確定前綴在二級(jí)哈希表中的存儲(chǔ)的位置； 步驟4.2.4:判斷步驟4.2.3所得的值確定的二級(jí)哈希表的位置是否為空，如果該位置為空，則將前綴17至X比特的值存儲(chǔ)在該位置中，進(jìn)入步驟4.2.6 ;如果不為空則發(fā)生了哈希碰撞，進(jìn)入步驟4.2.5 ； 步驟4.2.5:調(diào)整a的值(a取不同``的素?cái)?shù)值)，返回步驟4.2.3 ; 步驟4.2.6:將一級(jí)哈希表第一存儲(chǔ)單元中的m值加I,同時(shí)調(diào)整二級(jí)哈希表的長(zhǎng)度,其中二級(jí)哈希表的長(zhǎng)度為2*m。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述一種快速查找IPV6路由的方法，其特征在于，所述步驟6根據(jù)存儲(chǔ)模塊包含存儲(chǔ)單元的情況查找下一跳路由的具體步驟: 步驟6.1:查看所述存儲(chǔ)模塊中是否存儲(chǔ)有數(shù)據(jù)，如果有則進(jìn)入步6.2，否則進(jìn)入步驟6.8 ； 步驟6.2:根據(jù)所述存儲(chǔ)模塊中包含存儲(chǔ)單元的情況，進(jìn)行如下操作: 對(duì)于只包含一個(gè)單獨(dú)的多比特樹(shù)的，則直接進(jìn)入該多比特樹(shù)中進(jìn)行查找，找到則返回下一跳路由，否則跳至6.8 ; 對(duì)于包含hash32表的，則以hash32表為入口地址，進(jìn)入步驟6.3 ； 對(duì)于不包含hash32表、包含hash40表的，則以hash40表為入口地址，進(jìn)入步驟6.5 ； 對(duì)于只包含hash48表的，則以hash48表為入口地址，進(jìn)入步驟6.7 ； 步驟6.3:以hash32表為入口地址，查找路由前綴的前32比特的值在hash32表中是否存在，如果存在則進(jìn)入步驟6.4 ;否則進(jìn)入步驟6.8 ； 步驟6.4:查看路由前綴是否處于層次樹(shù)的根節(jié)點(diǎn)處，且該根節(jié)點(diǎn)不包含葉子節(jié)點(diǎn)，如果是則在本哈希表中進(jìn)行查找，否則進(jìn)入步驟6.5或步驟6.7 ； 步驟6.5:以hash40表為入口地址，查找前40比特的值在hash40表中是否存在，如果存在則進(jìn)入步驟6.6 ;否則進(jìn)入步驟6.8 ； 步驟6.6:查看路由前綴是否處于層次樹(shù)的根節(jié)點(diǎn)處，且該根節(jié)點(diǎn)不包含葉子節(jié)點(diǎn)，如果是則在本哈希表中進(jìn)行查找，否則進(jìn)入步驟6.7 ； 步驟6.7:以hash48表為入口地址，查找前48比特的值在hash48表中是否存在，如果存在則在本哈希表中進(jìn)行查找；否則進(jìn)入步驟6.8 ； 步驟6.8:跳轉(zhuǎn)至默認(rèn)路由。
9.根據(jù)權(quán)利 要求8所述一種快速查找IPV6路由的方法，其特征在于， 所述步驟6.4,6.6和6.7中所述在本哈希表中查找的具體步驟為: 步驟a:根據(jù)無(wú)沖突哈希表的結(jié)構(gòu)，在無(wú)沖突哈希表的二級(jí)索引表中查找，若找到進(jìn)入步驟b;否則進(jìn)入步驟c; 步驟b:查看本哈希表對(duì)應(yīng)的多比特樹(shù)是否為空，為空則將本哈希表中的值作為下一跳的路由返回，否則進(jìn)入本哈希表對(duì)應(yīng)的多比特樹(shù)中繼續(xù)查找，找到則返回下一跳路由，否則進(jìn)入步驟c ； 步驟c:跳至默認(rèn)路由。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述一種快速查找IPV6路由的方法，其特征在于，所述在多比特樹(shù)中查找的步寬為2或4。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種快速查找IPV6路由的系統(tǒng)及方法，包括一個(gè)路由存儲(chǔ)表，所述路由存儲(chǔ)表包括一個(gè)一級(jí)線性索引表和一個(gè)以上的存儲(chǔ)模塊；所述一級(jí)線性索引表用于存儲(chǔ)一個(gè)以上的索引值，每個(gè)索引值對(duì)應(yīng)一個(gè)存儲(chǔ)模塊；其中，每個(gè)索引值為一個(gè)路由前綴的第4-16比特的值；所述存儲(chǔ)模塊用于存儲(chǔ)17比特之后的路由前綴；所述方法根據(jù)IPV6路由前綴的層次關(guān)系和IPV6路由前綴長(zhǎng)度的分布規(guī)律將17比特之后的路由前綴添加到相應(yīng)存儲(chǔ)模塊中；本法明提供了一個(gè)一級(jí)的線性索引，提高了路由查找的效率；根據(jù)路由前綴長(zhǎng)度的分布規(guī)律和前綴層次關(guān)系選擇無(wú)沖突哈希表和多比特樹(shù)，減少了比較次數(shù)，且該方法的穩(wěn)定性較好。
文檔編號(hào)H04L12/741GK103107945SQ201310009618
公開(kāi)日2013年5月15日 申請(qǐng)日期2013年1月10日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月10日
發(fā)明者云曉春, 張永錚, 杜飛, 郝志宇, 庹宇鵬 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院信息工程研究所, 國(guó)家計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與信息安全管理中心