基于三态内容寻址存储器的多模式匹配算法
利用域转换的三态内容寻址存储器报文分类算法
利用域转换的三态内容寻址存储器报文分类算法田乐;陈庶樵;黄慧群;马腾【摘要】针对基于三态内容寻址存储器(TCAM)的报文分类存在范围扩张导致空间利用率较低的问题,提出了一种利用域转换的报文分类算法(DTRM).首先将规则集独立的范围预编码算法中范围规则编码所需的比特数量由2k-1替换为任意值,从而能够利用TCAM中的所有冗余位进行编码,实现新范围域的构建,然后利用范围规则的分布特征,以规则集能够表示为较少的TCAM表项为原则,设计域转换函数,将规则集原始范围域转换为新构建的范围域.报文分类时,利用域转换函数将报文头部转换为新构建范围域中的某一数值或范围,并与TCAM表项进行并行比较,最终得到分类结果.仿真结果表明,与并行报文分类算法相比,DTRM算法的范围扩张因子由1.6减少至1.21,TCAM空间利用率由63％增加至82％,同时支持规则的增量更新.【期刊名称】《西安交通大学学报》【年(卷),期】2013(047)010【总页数】6页(P97-102)【关键词】报文分类;三态内容寻址存储器;范围扩张;冗余位;域转换【作者】田乐;陈庶樵;黄慧群;马腾【作者单位】国家数字交换系统工程技术研究中心,450002,郑州;国家数字交换系统工程技术研究中心,450002,郑州;国家数字交换系统工程技术研究中心,450002,郑州;国家数字交换系统工程技术研究中心,450002,郑州【正文语种】中文【中图分类】TN914.42网络服务的日益多样化和不断增加的网络安全需求，要求网络设备能够提供新的处理机制，如基于策略的路由、流量测量、资源预留、拥塞控制、负载均衡等，这些技术的实现都离不开对网络数据报文快速、准确地分类［1］。
三态内容寻址存储器（ternary content－addressable memory，TCAM）是一种基于内容查找的存储器［2－3］，具有查询速度快、匹配时间固定等优点，目前广泛应用于报文分类领域。
三态内容寻址存储器tacm介绍
CAM和网络处理器(NP)一起完成数据包的分类、路由查找等功能，充当 搜索引擎单元 .
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课程内容
第一章：TCAM基础
第1节：什么是CAM和TCAM 第2节：TCAM的查找 第3节：TCAM的优势 第4节：TCAM的基本组成 第5节：“三态”和最高优先级匹配
Key: 1 0 1 1 0 1 1 1
010110111 110100101 21011011 * 310111000 410110* * * 510100 * 11
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Winner A B C
logic D E F
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课程内容
第二章：TCAM芯片介绍
第1节：几种TCAM芯片介绍 第2节：NL3280介绍 第3节：Netlogic和IDT的Roadmap
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初始化的要求步骤如下：
NL3280的初始化
➢Setp1 保持RST_L信号为低至少200个时钟周期；
➢Setp2 将RST_L拉高，发出20,000个NOP命令；
➢Setp3 写器件ID寄存器；
➢Setp4 写器件配置ID寄存器；
➢Setp5如果器件级联，则运行指令0X01 (使能下个器件)，和0X00（ nop指令）
➢查找操作： 输入（待查）数据，返回该数据被存储的地址。 这是CAM的主要用途，它能够从巨大的Database中进行快速查找，并
返回最佳匹配的地址。
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什么是TCAM
TCAM:Ternary Content Addressable Memory ,三态内容寻址存储器。 一般CAM存储器中每一bit的状态只有两个，非“0”即“1” ；TCAM中每
三态内容寻址存储器(TCAM)工作 原理
CAM是Content Addressable Memory的缩写，即“内容寻址存储器”的意思，它是在传统的存储技术的基础上实现的联想记忆存储器，关于CAM的基本操作有三种：1).写操作：输入地址和数据，将数据写到指定的地址上，写入速度与RAM相同；2).读操作：输入地址，返回该地址上的数据，读取速度与RAM相同；3).查找操作：输入待查数据，返回该数据被存储的地址。
这也是CAM的最主要用途，它能够从巨大的数据库中进行快速查找，并且返回最佳的匹配地址，最快查找速度能达到每秒一亿次以上。
TCAM是Ternary Content Addressable Memory的缩写，即“三态内容寻址存储器”的意思，它是从CAM的基础上发展而来的。
一般的CAM存储器中每个bit位的状态只有两个，“0”或“1”，而TCAM中每个bit位有三种状态，除掉“0”和“1”外，还有一个“don’t care”状态，所以称为“三态”，它是通过掩码来实现的，正是TCAM的这个第三种状态特征使其既能进行精确匹配查找，又能进行模糊匹配查找，而CAM没有第三种状态，所以只能进行精确匹配查找。
TCAM器件的生产厂商主要有Cypress、IDT和Netlogic三家。
这三家分别将TCAM器件称作Network Search Engine(NSE)、Network Search Accelerator(NSA)和Knowledge-based Processor(KBP)。
TCAM器件在通信领域种有非常广泛的应用，主要有：1).ATM Switching设备中的VCI/VPI转发和ATM-to-MPLS or ATM-to-TCP-Flow地址映射表项的存储和查找；2).Ethernet Switching设备中的二层MAC地址、ARP/RARP解析和三层IP路由表项的存储和查找；3).Emerging Protocols and functions方面的MPLS label表项的存储和查找；4).Packet Classification业务中的Enforce security、Enforce departmental policies和QOS检测表项的存储和查找；5).安全防护设备中的FIB/LBT、MFIB及ACL表项存储和查找。
基于March算法的三态内容寻址存储器的故障诊断及实现
文章编号:16711742(2011)01006105基于March 算法的三态内容寻址存储器的故障诊断及实现王莉1,黄洪1,刘海青2(1.西南交通大学信息科学与技术学院,四川成都610031;2.成都迈普通信有限公司路由产品开发部,四川成都610029)摘要:介绍了三态内容寻址存储器的硬件组成,分析了三态内容寻址存储器的工作原理,结合Mar ch 算法的理论设计了三态内容寻址存储器故障诊断的方法,并介绍了故障检测的流程,在VxWorks 的操作系统下以Tornado为开发平台实现了三态内容寻址存储器的故障诊断功能,最后给出了实验结果。
实际应用表明结果可靠性能高能满足用户的需求。
关键词:计算机应用技术;故障诊断;三态内容寻址存储器;内建自测中图分类号:TP399文献标识码:A 收稿日期1引言近年,随着信息网络知识与技术的不断发展和提高,越来越多的公司(例如:中国移动、中国电信、银行等)都使用网络办公,于是因特网和以太网等网络的使用量显著增加,因此很多运营商对于高速和高可靠性的数据处理性能的需求也日益增加。
三态内容寻址存储器(T ernary Content Addressable Memory,TCAM)作为数据传输过程中关键器件,能够实现数据目标等的快速查找,能很好地解决多业务中各种表项的高速查找问题。
为支持大量的路由信息,网络设备制造商往往会在路由器,三层交换机中扩展多个TCAM 器件,满足业务的需求。
由于TCAM 处于高频率被使用状态,避免不了会出现诸如读、写、查找功能出错的故障问题,导致网络阻塞,丢包现象,其故障排查与检测也就成了维修部门首先要考虑的问题。
传统情况下,维修部门对TCAM 故障检测是通过TCAM 厂家提供的专用检测仪并经人工观赏检测仪的指示灯判读T CAM 的故障状态,检测方式不仅提高了TCAM 的检测成本,而且也加大了维修人员的数量及工作量。
基于这种背景下,结合March 算法的理论和T CAM 的工作原理,设计了一种快速排查与检测TCAM 读、写、查找功能的一种方法,并给出了实验结果。
基于三态内容寻址存储器的路由表压缩和存储技术研究
基于三态内容寻址存储器的路由表压缩和存储技术研究
刘刚;张德运;李胜磊;高磊
【期刊名称】《西安交通大学学报》
【年(卷),期】2003(037)010
【摘要】针对高性能路由器中的路由存储和快速查找问题,提出了将冗余裁减算法和掩码扩展技术相结合的方法来压缩路由表.冗余裁减算法寻找路由表中的等价路由并删除冗余表项;掩码扩展技术则利用三态内容寻址存储器(TCAM)的非连续掩码的特点,对具有相同下一跳和相同前缀长度的路由项进行归并,并利用基于前缀扩展和逻辑最小化思想的增量更新算法,实现路由表动态更新过程中路由的重新归并.实验结果表明,本方法可以将路由表条目至少减少40%.
【总页数】5页(P1025-1028,1033)
【作者】刘刚;张德运;李胜磊;高磊
【作者单位】西安交通大学电子与信息工程学院,710049,西安;西安交通大学电子与信息工程学院,710049,西安;西安交通大学电子与信息工程学院,710049,西安;西安交通大学电子与信息工程学院,710049,西安
【正文语种】中文
【中图分类】TP393
【相关文献】
1.基于March算法的三态内容寻址存储器的故障诊断及实现 [J], 王莉;黄洪;刘海青
2.利用域转换的三态内容寻址存储器报文分类算法 [J], 田乐;陈庶樵;黄慧群;马腾
3.基于布鲁姆过滤器算法和三态内容寻址存储器的高效范围匹配方法 [J], 戴紫彬;刘航天
4.基于三态内容寻址存储器的多模式匹配算法 [J], 陈围;莫尧平;陈庶樵
5.三态内容寻址存储器与多核网络处理器结合的IP查找加速模型 [J], 石巍;卢泽新;孙志刚
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三态内容寻址存储器(TCAM)工作 原理
CAM是Content Addressable Memory的缩写，即“内容寻址存储器”的意思，它是在传统的存储技术的基础上实现的联想记忆存储器，关于CAM的基本操作有三种：1).写操作：输入地址和数据，将数据写到指定的地址上，写入速度与RAM相同；2).读操作：输入地址，返回该地址上的数据，读取速度与RAM相同；3).查找操作：输入待查数据，返回该数据被存储的地址。
这也是CAM的最主要用途，它能够从巨大的数据库中进行快速查找，并且返回最佳的匹配地址，最快查找速度能达到每秒一亿次以上。
TCAM是Ternary Content Addressable Memory的缩写，即“三态内容寻址存储器”的意思，它是从CAM的基础上发展而来的。
一般的CAM存储器中每个bit位的状态只有两个，“0”或“1”，而TCAM中每个bit位有三种状态，除掉“0”和“1”外，还有一个“don’t care”状态，所以称为“三态”，它是通过掩码来实现的，正是TCAM的这个第三种状态特征使其既能进行精确匹配查找，又能进行模糊匹配查找，而CAM没有第三种状态，所以只能进行精确匹配查找。
TCAM器件的生产厂商主要有Cypress、IDT和Netlogic三家。
这三家分别将TCAM器件称作Network Search Engine(NSE)、Network Search Accelerator(NSA)和Knowledge-based Processor(KBP)。
TCAM器件在通信领域种有非常广泛的应用，主要有：1).ATM Switching设备中的VCI/VPI转发和ATM-to-MPLS or ATM-to-TCP-Flow地址映射表项的存储和查找；2).Ethernet Switching设备中的二层MAC地址、ARP/RARP解析和三层IP路由表项的存储和查找；3).Emerging Protocols and functions方面的MPLS label表项的存储和查找；4).Packet Classification业务中的Enforce security、Enforce departmental policies和QOS检测表项的存储和查找；5).安全防护设备中的FIB/LBT、MFIB及ACL表项存储和查找。
用于三态内容寻址存储器的控制电路
专利名称：用于三态内容寻址存储器的控制电路
专利类型：发明专利
发明人：曾俊砚,龙镜丞,郭有策,黄俊宪,余欣炽,王淑如申请号：CN202111189961.8
申请日：20180716
公开号：CN113971973A
公开日：
20220125
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明公开一种用于三态内容寻址存储器的控制电路。
该三态内容寻址存储器的控制电路包括第一逻辑单元及第二逻辑单元。
第一逻辑单元耦接于第一存储单元、第二存储单元、第一查找线、第二查找线，参考电压端及匹配线。
第二逻辑单元耦接于所述第一存储单元、所述第二存储单元、所述第一查找线、所述第二查找线、第一供电线及第二供电线。
当所述第一查找线及所述第二查找线的电压匹配于所述第一存储单元及所述第二存储单元的电压时，所述第二逻辑单元提供路径使所述第一供电线电性连接于所述第二供电线。
申请人：蓝枪半导体有限责任公司
地址：爱尔兰都柏林
国籍：IE
代理机构：北京市柳沈律师事务所
代理人：李芳华
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Ｖ０ ＿７ ｌ３
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计
算
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工
程
２１ ０ １年 ７月
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ＮＯ １ ．３
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软件技术与数据库 ・
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配算法 ，通过模式移位将长模式截取为若干个子 串，第 １ Ｔ Ａ 存储子 串，第 ２ Ｔ Ａ 存 储子 串的序 列编号 。搜索模 式时，第 １ 级 ＣＭ 级 ＣＭ 级
Ｔ Ａ 向后端输 出命中表 项的编号 ，第 ２级 Ｔ Ａ 实现序 列编号的匹配 ，从而获得长模 式的匹配信息 ，并通 过编号空间划分方法压缩表 Ｃ Ｍ Ｃ Ｍ 项数 目以提高资源利用率 。 实验结果表 明， 该算法可 以实现 网络数据 的高速 匹配处理 ， 与基于 ｈ ｓ 标识的移位存储算法相 比 ， ａｈ 具有空间消
［ ｓｒ ｃ｜Ｔ ａｉｏ ａ ｐｔ ｒ ｔｈｎ ｌｏｉ ｍｓ ａｌ ｏ ｒｃｓ ｐ ｃｅ ｔｉｅｓｅｄｕ ｄｒｈ ｉｈｓｅｄｅｖｒｎ ｎ． ｈｓｐｐ ｒ ｒｓｎｓａ Ａｂ ｔａ ｔ ｒｄｔ ｎｌ ａｔ ｎｍａｃ ｉｇａｇ ｒｈ ｒｎｔ ｏｅｓ ａｋ ｔ ｎ － ｅ ｎ ｅ ｅ ｇ ｐ ｅ ｎ ｉ ｍｅ ｔＴ ｉ ａｅ ｅｅ ｔ ｉ ｅ ｔ ｃ ｐ ａｌ ｐ ｔ ｈ ｏ ｐ
中 分 号 Ｔ３ 圉 类 ： Ｐ９ ３
基 于三 态 内容寻 址存 储 器 的 多模 式 匹配算 法
陈 围，莫尧平 ，陈庶檐
（ 国家数字交换系统工程技术研究 中心 ，郑州 ４ ０ ０ ） ５ ０ ２
摘
要 ：传统模式 匹配算法在高速环境 下无法实现数据包的实时处理 。为此 ，提 出一种基于三态 内容 寻址 存储器 （Ｃ Ｍ） Ｔ Ａ 的快速 多模式 匹
ｔ ｅ ｆｒ ｔ ｈ ｓ ｉ ＴＣＡＭ ｙ ｐ ｔｅ ｎ ｓ ｉｔ ｇ， ｎ ｔ ｒ ｓ ｎ ｍｂ ｒ ｉ ｈ ｅ ｏ ｄ ＴＣＡＭ ． ｎ ｔ ｅ ｓ ａ ｃ ｔｅ ｎ ｐｒ ｃ ｓ ， ｈ ｒ ｔＴＣＡＭ ｅｕ ｎ ｈ ｕ ｂ ｒ ｏ ｂ ａ ｔｒ ｈ ｆｉ ｎ ａ ｄ ｓ ｏ ｅ ｕ ｅ ｎ ｔ ｅ ｓ ｃ ｎ Ｉ ｈ ｅ ｒ ｈ ｐａｔ ｒ ｏ ｅ ｓ ｔ ｅ ｆ ｓ ｉ ｒ ｔ ｒ ｓ ｔ ｅ ｎ ｍ ｅ ｆ ｍ ａｃ ｉ ｇ ｅ ｔｙ ｔ ｅ ｓ ｃ ｎ ｔ ｈ ｎ ｎ ｒ ， ｈ ｅ ｏ ｄ ＴＣＡＭ ａｃ ｅ ｈ ｅ ｉ ｌ ｕ ｂ ｒ ｎ ｉ ｅ ｏ ａ ｔ ｒ ｔｈｉ ｇ ｉｆ ｒ ｔ ｎ ｍ ｔ ｈ ｓ ｔ ｅ ｓ ｒａ ｍ ｅ ｓ ａ ｄ ｇ ｖ ｓ ｌｎｇ ｐ ｔ ｎ ｍａ ｃ ｎ ｎ ｏ ｍａ ｉ ．Ｔｈ ｓ ｐ ｐ ｒｐ ｏ ｏｓ ｓ ａ ｓ ａ ｅ ｄ ｖ ｄ ｎ ｎ ｅ ｏ ｉ ａ ｅ ｒｐ ｅ ｐ ｃ ｉ ｉｉｇ ｍｅｈｏ ｏ ｃ ｍｐ ｅ ｓ ｔ ｅ ｎ ｍｂ ｒｏｆＴＣＡＭ ｎ ｒｅ ｎ ｍｐ ｏ ｅ ｅ ｕ ｉｉ ｅ ａｅ ｏ ｅ ｏｕ ｃ ｓ ｘ ｅ ｉ ｎ ａ ｅ ｕ ｔ ｈ ｗ ｈ ｔｔ ｉ ｌ ｏ ｉ ｍ ａ ｔ ｄ ｔ ｏ ｒ ｓ ｈ ｕ ｅ ｅ ｔｉｓ ａ ｄ ｉ ｒ ｖ ｓ ｔ ｔｌ ｄ ｒ ｔ ｆｒ ｓ ｒ ｅ ．Ｅ ｐ ｒｍｅ ｔ ｌｒ ｓ ｌ ｓ ｏ ｔ ａ ｈ ｓ ａ ｇ ｒｔ ｈ ｚ ｓ ｈ ｃｎ ａ ｈ ｅ ｅ ｈ ｇ ｓ ｅ ｄ ｐ ｃ ｅ ｒ ｃ ｓ ｉ ｇ ａ ｄ ｈ ｓ ｌ ｗｅ ｐ ｃ ｏ ｓ ｍｐ ｉ ｎ ｃ ｍｐａ ｅ ｔ ｈ ａ ｔ ｒ ｓ ｉ ｅ ｔ ｒｎ ｌ ｏ ｉ ｍ ａ ｅ ｎ ｈ ｓ ｒ ｃ ｉ ｖ ｉ ｈ—ｐ ｅ ａ ｋ ｔ ｏ ｅ ｓｎ ｎ ａ ｏ ｒｓ ａ ｅｃ ｎ ｕ ｔｏ ｏ ｐ ｒ ｄ ｗｉ ｔ ｅｐ ｔ ｎ—ｈ ｆ ｄ ｓｏ ｉ ｇ ａ ｇ ｒｔ ｂ ｓ ｄ ｏ ａ ｈ ｍａ ｋ ｈ ｅ ｔ ｈ
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耗少 的优势 。
关健词 ：多模式 匹配 ；三态 内容寻址存储器 ；空 间压缩 ；静态随机存取存储器
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