"本文主要探讨了基于类地址结构的路由查找方法及其演进,包括互联网地址结构的发展、路由查找算法的原理与优化、以及相关的技术进展。"
在互联网早期,地址结构主要基于类,分为A、B、C三类,分别用于单播地址分配,而D类地址用于组播,E类则预留未来使用。然而,这种基于类的地址结构存在显著的问题,如地址分配不灵活,导致地址空间浪费和路由表规模不断增大。为了应对这些问题,CIDR(Classless Inter-Domain Routing)无类域间路由应运而生,它允许任意长度的网络地址部分,即路由前缀,用P/L表示,其中P是前缀,L是前缀长度。CIDR提高了地址空间利用率,但同时也带来了新的挑战,即路由查找的复杂性增加。
路由查找算法的核心在于找到与目标地址最匹配的路由条目。在最长地址前缀匹配(Longest Prefix Match, LPM)策略中,当多个路由条目与目标地址匹配时,会选择网络前缀最长的那个,因为更长的前缀意味着更具体的路由。这解决了路由表中可能出现的多个匹配结果的问题。
路由查找算法可以按不同的标准分类。依据查找依据,可以分为基于地址前缀值和基于地址前缀长度的查找;按照数据结构和实现方式,可以有基于检索树(如Trie树)、硬件TCAM(Ternary Content-Addressable Memory)、分段查找、哈希表查找以及Cache命中查找等。
Trie树是一种有效的路由查找数据结构,它根据路由表中的唯一前缀构建二叉树。每个外部节点代表一个完整的网络前缀,确保数据报文只有在整个网络前缀匹配时才会被转发。这种结构能高效地执行最长前缀匹配,但需要在外部节点存储完整的网络地址和地址掩码信息,以确保匹配的准确性。
随着技术的进步,路由查找算法不断演进,如TCAM硬件加速查找能够提供快速的并行匹配能力,而哈希表和Cache命中查找则优化了查找速度和内存效率。这些技术的综合应用,使得现代路由器能够在处理海量路由信息的同时,保持高效和精确的路由决策。