IPv6路由查找方法及装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本申请涉及路由查找技术领域，尤其涉及IPv6路由查找方法及装置。
【背景技术】
[0002]网络之间进行通信就要实现数据的传递转发，所以网络设备的主要职能之一就是进行高效率的数据转发，而其在因特网协议的基本数据平面的功能是路由查找，即根据路由表中的前缀信息，对每一个到来的数据包决定它的下一跳及出端口。由于路由表中通配符以及 CIDR(Classless Inter-Domain Routing，基于无类域间路由)的 LPM(LongestPrefix Matching，最长前缀匹配)问题使得路由查找变得非常复杂。基于LPM的路由查找算法除了需要高性能外，还要满足如下几个需求:
[0003]一、IPv4 和 IPv6 双栈
[0004]现有解决LPM的算法大都针对IPv4的32位地址设计，不能直接移植或者扩展到IPv6，这就需要根据IPv6的特点，设计出适合128位IP地址的高效的路由查找算法。
[0005]二、多 VPN(Virtual Private Network，虚拟专网)实例支持
[0006]当前网络设备需要支持VRF(VPN Routing Forwarding Instance，VPN路由转发实例)，VRF是指在一台路由器上需要同时支持多个路由转发表实例，各路由转发表间独立。使用VRF可以用路由隔离不同的VPN用户。
[0007]当前中、高端路由器已经普遍支持4K或8K VPN，也就是说设备内部需要同时支持4K或81(个VRF转发表，支持多VPN实例对路由算法的整体架构具有很大的影响。
[0008]三、大规格路由数量
[0009]对于IP路由来说，网络设备需要支持远大于当前现网路由的规格。图1所示为2002?2009年Internet IPv4路由分布示意图，从图1中可以看到8年间IPv4路由数量增加了一倍以上；图2所示为Internet IPv6路由分布示意图。
[0010]另外由于网络设备需要支持多VPN实例，每个VPN实例都需要维护一套独立的路由表，当网络设备支持较多VPN实例时，网络设备整体路由表条目会很大。例如8K个VPN实例，每个VPN实例有512条路由，则整个网络设备需要支持4M条路由。
[0011]当前中、高端路由器设备，IPv4普遍要求大于4M条路由，IPv6普遍要求大于IM条路由，大规格的路由表数量对路由算法的整体架构具有很大的影响，尤其对算法所选择的内存类型具有决定作用。
[0012]四、快速更新
[0013]路由更新性能是网络设备一个非常关键的指标，路由更新速度慢会严重影响整网路由收敛的速度，导致整网不停地路由震荡；随着现网路由数量的增加、以及整网VPN和VPN路由数量的增加，对路由更新性能提出了更高的要求。
【发明内容】
[0014]本申请提供IPv6路由查找方法及装置，以提高IPv6路由查找效率。
[0015]本申请的技术方案是这样实现的:
[0016]—种IPv6路由查找方法，该方法包括:
[0017]分别针对每个VPN中的IPv6前缀的路由分布，构建一棵Multibit Trie ；
[0018]将每棵Multibit Trie划分为n+1个Level:Level O?η，η为大于I的整数；
[0019]采用前缀扩展的方法将Multibit Trie的I?m级IPv6前缀上的路由扩展到m+1级IPv6前缀上，m为大于I的整数；
[0020]将第m+Ι级IPv6前缀的每一个分支作为一个Branch_Tree，保存每个Branch_Tree的数据结构信息；
[0021]针对Level p?η中的每个第一级Sub_Trie节点，以当前VPN标识和本Sub_Trie节点的IPv6前缀的IPv6地址在本Level之前的所有bit作为输入Key，采用预设的本Level的Hash函数对输入Key进行计算，将Hash计算结果映射到本Sub_Trie节点的数据结构信息指针上，P为整数且0〈ρ〈η ;
[0022]当对一 VPN内的一 IPv6地址进行路由查找时，先根据VPN标识和该IPv6地址在每个Level之前的所有bit分别构造针对每个Level的输入Key，分别采用每个Level的Hash函数对针对每个Level的输入Key进行计算，若有Hash计算结果命中，则采用最长的Hash命中结果对应的Subjrie节点的数据结构信息指针查找路由；否则，根据该IPv6地址的高m+lbit查找到对应的Branch_Tree，在该Branch_Tree的Level I?p_l中查找路由。
[0023]—种IPv6路由查找装置，该装置包括:
[0024]Multibit Trie建立及划分模块:分别针对每个VPN中的IPv6前缀的路由分布，构建一棵 Multibit Trie ;将每棵 Multibit Trie 划分为 n+1 个 Level:LevelO ?η，η 为大于I的整数；采用前缀扩展的方法将Multibit Trie的I?m级IPv6前缀上的路由扩展到m+1级IPv6前缀上，m为大于I的整数；将第m+Ι级IPv6前缀的每一个分支作为一个Branch_Tree，保存每个Branch_Tree的数据结构信息；
[0025]Hash映射模块:针对Level p?η中的每个第一级Sub_Trie节点，以当前VPN标识和本Sub_Trie节点的IPv6前缀的IPv6地址在本Level之前的所有bit作为输入Key，采用预设的本Level的Hash函数对输入Key进行计算，将Hash计算结果映射到本Sub_Trie节点的数据结构信息指针上，P为整数且0〈ρ〈η ;
[0026]路由查找模块:当对一 VPN内的一 IPv6地址进行路由查找时，先根据VPN标识和该IPv6地址在每个Level之前的所有bit分别构造针对每个Level的输入Key，分别采用每个Level的Hash函数对针对每个Level的输入Key进行计算，若有Hash计算结果命中，则采用最长的Hash命中结果对应的Subjrie节点的数据结构信息指针查找路由；否则，根据该IPv6地址的高m+lbit查找到对应的Branch_Tree，在该Branch_Tree的Level I?P-1中查找路由。
[0027]可见，本申请支持多VPN实例的IPv6路由；且，通过将Multibit-Trie划分为多个Branch_Tree，提高了 IPv6路由查找效率；且，通过对Level p?η中的第一级Sub_Trie节点的指针进行Hash映射，使得在进行IPv6地址的路由查找时，可在Level p?η中进行并行查找，并根据最长的Hash命中结果查找到路由，进一步提高了 IPv6路由查找效率；
[0028]且，本申请实施例中，将默认路由单独存储，而不扩展到Level 1，减少了Multibit-Trie的冗余节点，进一步提高了路由查找速度；
[0029]且，本申请实施例中，通过为Level p?η中的每个Level设置多个Hash函数，减少了 Hash冲突，提高了路由查找精度；
[0030]且，本申请实施例中，对Sub_Trie节点内部进行前缀扩展后划分为8个SegmentedSub_Trie节点，进一步提高了路由查找速度；
[0031]且，本申请实施例中，简化最后一级Level的Sub_Trie节点的数据结构，进一步提高了路由查找速度。
【附图说明】
[0032]图1为2002?2009年Internet IPv4路由分布示意图；
[0033]图2为现有的Internet IPv6路由分布示意图；
[0034]图3 为 Unibit Trie 示例图；
[0035]图4为Unibit Trie到Multibit Trie的转换过程不例图；
[0036]图5为图4中的Level I的结构；
[0037]图6为本申请一实施例提供的基于Multibit Trie的IPv6路由查找方法流程图；
[0038]图7为本申请另一实施例提供的Multibit Trie的建立及划分方法流程图；
[0039]图8为本申请实施例针对一个VPN(VPN m)中的IPv6前缀的路由分布建立的Multibit Trie的结构不例图；
[0040]图9-1为本申请实施例提供的以图3所示的Unibit Trie为例，将/0级IPv6前缀的路由扩展到/I级IPv6如缀上的不例图；
[0041]图9-2为本申请实施例提供的以图3所示的Unibit Trie为例，将/I级IPv6前缀的路由扩展到/2级IPv6如缀上的不例图；
[0042]图9-3为本申请实施例提供的以图3所示的Unibit Trie为例，将/2级IPv6前缀的路由扩展到/3级IPv6如缀上的不例图；
[0043]图10为本申请另一实施例提供的基于Multibit Trie的IPv6路由查找方法流程图；
[0044]图11为本申请实施例提供的将Sub_Trie节点划分为8个Segmented Sub_Trie节点的示例图；
[0045]图12为本申请实施例提供的基于Multibit Trie的IPv6路由查找装置的组成示意图；
[0046]图13为本申请实施例提供的包含IPv6路由查找装置的设备的硬件架构示意图。
【具体实施方式】
[0047]Tree Bitmap (树位图)是基于Multibit Trie (多位字典树)的经典路由查找算法，该算法应用于CRS系列高端路由器上。为了深入了解Tree Bitmap，首先介绍UnibitTrie (单位字典树)和 Multibit Trie0
[0048]图3为Unibit Trie示例图，如图3所示，共有9条IPv4前缀Pl?P9分布。其中，Unibit Trie的最尚如缀节点Pl代表如缀*，之后，Pl的下一级的左分支表不的如缀Ql为0*，Pl的下一级的右分支表示的前缀P2为1*，Ql的下一级的左分支表示的前缀P3为00*，P2的下一级的左分支表示的前缀Q2为01*，P2的下一级的右分支表示的前缀Q3为11*，依此类推；也就是说，对于Unibit Trie中的任一节点P，该节点P的下一级的左分支表示的前缀0P，该节点P的下一级的右分支表示的前缀P ,为1P。
[0049]在Unibit Trie结构中，?节点代表有路由分布，〇表示没有路由分布。如图3中，Pl?P9代表有路由分布，Ql?Q8代表没有路由分布。
[0050]Unibit Trie中基于LPM的路由查找过程如下:
[0051]对于一个待查找LPM路由的IPv4前缀，以该IPv4前缀的从高到低bit的顺序，每次在Unibit Trie中查找该IPv4前缀的lbit，如果该bit为“0”，则进入Unibit Trie的下一级的左分支，如果该bit为“1”，则进入Unibit Trie的下一级的右分支；依此类推，一直查找到Unibit Trie的树底，最后经过的?节点的路由为该IPv4前缀的LPM路由。
[0052]例如:要在图3所示的Unibit Trie中查找IPv4前缀:10000110的LPM路由，则具体过程如下:
[0053]步骤01:先找出该IPv4前缀:10000110的最高的bit，即“ I ”，则从Unibit Trie的Pl进入下一级的右分支P2，表示为P1->P2 ；
[0054]步骤02:再找出IPv4前缀:10000110的次高bit，即“0”，则从Unibit Trie的P2进入下一级的左分支Q2，表示为:P2->Q2 ；
[0055]步骤03:再找出IPv4前缀:10000110的第三高bit，即“0”，则从Unibit Trie的Q2进入下一级的左分支Q4，表示为:Q2->Q4 ；
[0056]步骤04:再找出IPv4前缀:10000110的第四高bit，即“0”，则从Unibit Trie的Q4进入下一级的左分支P6，表不为:Q4->P6 ；
[0057]步骤05:再找出IPv4前缀:10000110的第五高bit，即“0”，则从Unibit Trie的P6进入下一级的左分支Q6，表不为:P6_>Q6 ；
[0058]步骤06:再找出IPv4前缀:10000110的第六高bit，即“ I ”，则从Unibit Trie的Q6进入下一级的右分支Q8，表示为:Q6->Q8 ；
[0059]步骤07:再找出IPv4前缀:10000110的第七高，即次低bit，即“1”，则从UnibitTrie的Q8进入下一级的右分支P9，表示为:Q8_>P9，此时，已经到达Unitbit Trie的树底，则查找结束，P9的路由为IPv4前缀:10000110的LPM路由。
[0060]也就是说，采用Unibit Trie查找IPv4前缀“10000110”的LPM路由，需要通过P1->P2->Q2->Q4->P6->Q6->Q8->P9，共七次节点查找。
[0061]Multibit Trie是在Unibit Trie的基础上，每次LPM路由查找时，查找多个bit。图4所示为Unibit Trie到Multibit Trie的转换过程，图4中每次LPM路由查找要查找3个bit，即LPM路由查找步长为3。
[0062]Tree Bitmap是在Multibit Trie基础上，对节点数据结构进行优化，使之更适合基于 SRAM (Static Random Access Memory，静态随机存取存储器)和 DRAM (Dynamic RandomAccess Memory，动态随机存取存储器)的大访问粒度架构的硬件流水线实现。MultibitTrie可根据预设LPM路由查找步长划分为多个Level，如图4所示的Multibit Trie以LPM路由查找步长3划分为3个Level:Level 1、Level 2和Level3。
[0063]图5给出了图3中的Level I的结构。
[0064]在Multibit Trie中，对于每个Level，将该Level划分为多个Tree Bitmap节点，每个Tree Bitmap节点为该Level的最高一级的一个前缀及其该前缀的子孙前缀构成的sub_Trie0
[0065]其中，设Multibit Trie以LPM路由查找步长S划分为N个Level，分别为LevelI?N，则Level I中包含一个Tree Bitmap节点，Level 2的最高一级前缀最多有2s个，则该2s个前缀中的每个前缀与其子孙前缀分别构成一棵sub—Trie，则Level 2中最后包含25个 Tree Bitmap 节点，通用地，Level m(l ^ m ^ N)中最多包含 2 (m 1)5个 Tree Bitmap 节点。
[0066]以图4为例，Level I中包含一个Tree Bitmap节点，Level 2中包含3个TreeBitmap 节点，Level 3 中包含 2 个 Tree Bitmap 节点。
[0067]在描述Tree Bitmap节点时，每个Tree Bitmap节点可采用如下四个参数来描述:
[0068]I) Internal Tree Bitmap (内部树位图)
[0069]Internal Tree Bitmap表示Tree Bitmap节点内部的前缀的路由分布，假设LPM路由查找步长为S，则该Tree Bitmap节点内部最多有(2S_1)个前缀，从而Internal TreeBitmap为(2S-1)位，每一位代表该Tree Bitmap节点内部的一个前缀上是否有路由分布，若该前缀上有路由分布，则该位取值为“ 1”，否则，该位取值为“O”。
[0070]例如:图5所示的Leve I中的Tree Bitmap节点，由于LPM路由查找步长S = 3，则Level I 中的Tree Bitmap节点的 Internal Tree Bitmap为23_1 = 7位，表不为 I—01—1000，其中，“I”表示对应前缀上有路由分布，“O”表示对应前缀上没有路由分布。
[0071]2) Extending Paths Bitmap (扩展路径位图)
[0072]Extending Paths Bitmap 表不 Tree Bitmap 节点的下一级 Tree Bitmap 节点的分布，假设LPM路由查找步长为S，则一个Tree Bitmap节点最多有23个分支，即该TreeB