硬件实现的高效IPv6路由查找算法

"这篇论文研究了快速IPv6分段查找及其硬件实现，通过采用基于内容可寻址存储器（CAM）的分段查找机制，在Xilinx Virtex-6 FPGA开发板上进行了实验证明，实现了高效的查找速度和较低的存储开销。" IPv6作为互联网协议的最新版本，其地址空间从IPv4的32位扩展到了128位，这导致了网络前缀的层次化划分，包括TLA（顶级聚合）、NLA（下级聚合）和SLA（站点级聚合）。这种分层结构虽然有利于减小路由表规模和提高查找速度，但IPv6的最长前缀匹配（LPM）查找问题仍然对硬件设计提出了挑战。 传统的IPv4查找算法往往不适用于IPv6，因为它们通常针对32位前缀设计。因此，开发能够处理128位IPv6地址的高性能查找算法变得至关重要。由于路由器接口速度的不断提升，纯软件的查找方法难以满足高速查找需求，硬件实现的查找方法成为主流选择，例如Cisco和Juniper等公司的路由器就采用了硬件实现的查找部件。 该论文提出的快速IPv6查找算法采用两级存储结构，并利用分段并行查找机制提高查找效率。算法引入CAM作为下一级查找的基础，以减少稀疏IPv6地址路由表的存储开销，并避免了压缩冲突。通过四级流水线技术，该算法能够在每个周期内输出一次查找结果，从而提升查找吞吐率。 在Xilinx Virtex-6 FPGA开发板上进行的测试显示，该算法的查找速度达到了597百万包每秒（Mp/s），最坏情况下只需两次存储器访问，更新操作最慢为50微秒。整体上，它只需要20.07 MB的RAM和258 KB的CAM存储空间，具备良好的可配置性，能够适应不同规模的IPv6路由表项。 这篇论文提出的快速IPv6分段查找算法及其实现，为解决IPv6环境下的路由查找效率问题提供了有效的解决方案，具有高效、低存储开销和易于硬件实现的特点。对于路由器设计和网络工程领域，这种创新方法有望推动IPv6网络性能的进一步提升。