Parallel IP Address Lookup Scheme using Hashing with Multiple SRAMs

Abstract

Computer network은 세계 각지에 흩어져 있는 컴퓨터들을 연결하여 서로간의 데이터 전송을 가능하게 하는 기술이다. 오늘날 Internet Protocol은 이러한 computer network상에서 음성과 영상, 데이터 통신을 통합하는 일관된 서비스를 제공하는 용도로 사용될 것이라고 전망된다. 컴퓨터간의 빠른 데이터 전송을 위해서는 링크 속도와 더불어 router에서의 packet forwarding rate가 중요한데, 이 중 address lookup은 packet forwarding 과정 중에서 매우 중요한 부분으로, 주요 시간 지연을 발생시키는 요인이라 할 것이다. 따라서 오늘날의 router 설계에 있어서 address lookup을 빠르게 수행하는 것이 중요하게 부각되고 있으며, 본 논문에서는 고속 router에 적합한 효율적인 address lookup hardware 구조를 제안하고자 한다. 본 논문에서 제안된 구조는 IP address의 prefix 길이 별로 각각 다른 SRAM을 사용하여 여러 개의 address lookup table을 만들고, 각 table에 hashing 및 binary search 기법을 적용하여 동시에 address lookup을 수행한 후, 각 table에서 일치되어 나온 entry 중 가장 길게 prefix가 일치하는 entry를 고르는 방식이다. 제안된 방식의 성능을 평가하기 위하여 MAE-WEST router를 예로 simulation을 수행하였다. 37000여 개의 routing entry를 갖는 table 저장을 위해 약 300 KB의 메모리를 사용 하였고, 메모리 access 횟수는 packet 당 평균 1.93번이었다. 또한 차세대 인터넷 주소 체계인 IPv6의 address lookup에도 본 논문에서 제안된 hashing을 기반으로 한 구조를 적용하고자 하였다. ; Computer network is a network that interconnects millions of computing devices throughout the world, and the public Internet is a world-wide computer network. It is expected that the Internet protocol (IP) will provide consistent services for voice, video and data communications in computer networks. One of the important design issues for IP routers responsible for packet forwarding in computer networks is the route-lookup mechanism. For each incoming packet, IP routing requires that a router performs a longest-prefix-match address lookup in order to determine the next hop that the incoming packet should be forwarded to. In this paper, we present a new scheme which applies the hashing function for IP address lookup. In the proposed scheme, the forwarding table is composed of multiple SRAMs, and each SRAM represents an address lookup table in each prefix. Hashing function is applied in order to find out the matching entries from the address lookup tables in parallel, and the entry with the longest prefix match among them is selected. Simulation using the MAE-WEST router example shows that a large routing table with 37000 entries can be compacted to a forwarding table of 300 Kbytes in the proposed scheme. It is also shown that the proposed scheme achieves one route lookup every two memory accesses in average. And also, the proposed scheme can be applied for the address lookup of the next generation internet address, IPv6.