As we know, gigabit ethernet is a new technology to be substituted for current fast ethernet used widely in local area network. The switch used in gigabit ethernet should deal with frames in giga-bps. To do such a fast switching, we need that serveral processes meet the budgets, such as MAC address table lookup, several giga speed path setup, fast scheduling, and etc. Especially MAC address table lookup has to be processed in the same speed with speed of incoming packets, thus the bottleneck in the process can cause packet loss by the overflow in the input buffer. We devise new practical hardware hashing method to perform fast table lookup by minimizing the number of external memory access and accelerating with hardware.
Journal of the Korea Society of Computer and Information
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v.20
no.12
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pp.45-52
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2015
We propose a hybrid prefix caching scheme to enable high speed IP address lookup. All prefixes loaded in a prefix cache should not be overlapped in address range for correct IP lookup. So, every non-leaf prefix needs to be expanded not so as to be overlapped. The shorter expanded prefix is more preferable because it can cover wider address range just as an single entry in a prefix cache. We exploits advantages of two dynamic prefix expansion techniques, bounded prefix expansion technique and bitmap-based prefix expansion technique. The proposed scheme uses dual bound values whereas just one bound value is used in bounded prefix expansion. Our elaborated technique make the dual bound values be associated with several subtries flexibly using bitmap information, rather than with fixed subtries. We evaluate the performance of the proposed scheme in terms of the average length of the expanded prefixes and cache miss ratio. The experiment results show the proposed scheme has lower cache miss ratio than other previous schemes including both bounded prefix expansion and bitmap-based expansion irrespective of the cache size.
The Journal of Korean Institute of Communications and Information Sciences
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v.29
no.12C
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pp.1642-1651
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2004
Advance of internet access technology requires more internet bandwidth and high-speed packet processing. IP address lookups in routers are essential elements which should be performed in real time for packets arriving tens-of-million packets per second. In this paper, we proposed a new architecture for efficient IP address lookup. The proposed scheme produces multiple balanced trees stored into a single SRAM. The proposed scheme performs sequential binary searches on multiple trees. Performance evaluation results show that p개posed architecture requires 301.7KByte SRAM to store about 40,000 prefix samples, and an address lookup is achieved by 11.3 memory accesses in average.
The Journal of Korean Institute of Communications and Information Sciences
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v.31
no.2B
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pp.71-79
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2006
Address lookup is an essential function in the Internet routers, and it determines overall router performance. In this paper, we have thoroughly investigated the binary-search-based address lookup algorithms and proposed a new algorithm based on binary search on prefix lengths. Most of the existing binary search schemes perform binary search on prefix values, and hence the lookup speed is proportional to the length of prefixes or the log function of the number of prefixes. The previous algorithm based on binary search on prefix lengths has superior lookup performance than others. However, the algorithm requires very complicated pre-computation of markers and best matching prefixes in internal nodes since naive binary search is not possible in their scheme. This complicated pre-computation makes the composition of the routing table and incremental update very difficult. By using leaf-pushing, the proposed algorithm in this paper removes the complicated pre-computation of the Previous work in performing the binary search on prefix lengths. The performance evaluation results show that the proposed scheme has very good performance in lookup speed compared with previous works.
The Journal of Korean Institute of Communications and Information Sciences
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v.33
no.5B
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pp.285-295
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2008
Internet routers perform packet forwarding which determines a next hop for each incoming packet using the packet's destination IP address. IP address lookup becomes one of the major challenges because it should be performed in wire-speed for every incoming packet under the circumstance of the advancement in link technologies and the growth of the number of the Internet users. Many binary search algorithms have been proposed for fast IP address lookup. However, tree-based binary search algorithms are usually unbalanced, and they do not provide very good search performance. Even for binary search algorithms providing balanced search, they have drawbacks requiring prefix duplication. In this paper, a new binary search algorithm which provides the balanced binary search and the number of its entries is much less than the number of original prefixes. This is possible because of composing the binary search tree only with disjoint prefixes of the prefix set. Each node has a prefix vector that has the prefix nesting information. The number of memory accesses of the proposed algorithm becomes much less than that of prior binary search algorithms, and hence its performance for IP address lookup is considerably improved.
Kim, Jinsoo;Ko, Myeong-Cheol;Nam, Junghyun;Kim, Junghwan
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.8
no.3
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pp.873-889
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2014
IP address lookup is very crucial in performance of routers. Several works have been done on prefix caching to enhance the performance of IP address lookup. Since a prefix represents a range of IP addresses, a prefix cache shows better performance than an IP address cache. However, not every prefix is cacheable in itself. In a prefix cache it causes false hit to cache a non-leaf prefix because there is possibly the longer matching prefix in the routing table. Prefix expansion techniques such as complete prefix tree expansion (CPTE) make it possible to cache the non-leaf prefixes as the expanded forms, but it is hard to manage the expanded prefixes. The expanded prefixes sometimes incur a great deal of update overhead in a routing table. We propose a bitmap-based prefix cache (BMCache) to provide low update overhead as well as low cache miss ratio. The proposed scheme does not have any expanded prefixes in the routing table, but it can expand a non-leaf prefix using a bitmap on caching time. The trace-driven simulation shows that BMCache has very low miss ratio in spite of its low update overhead compared to other schemes.
The Journal of Korean Institute of Communications and Information Sciences
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v.29
no.1B
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pp.18-28
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2004
Efficient hardware implementation of address lookup is one of the most important design issues of internet routers. Address lookup significantly impacts router performance since routers need to process tens-to-hundred millions of packets per second in real time. In this paper, we propose a practical IP address lookup structure based on the binary tree of prefixes of different lengths. The proposed structure produces multiple balanced trees, and hence it solve the issues due to the unbalanced binary prefix tree of the existing scheme. The proposed structure is implemented using pipelined binary search combined with a small size TCAM. Performance evaluation results show that the proposed architecture requires a 2000-entry TCAM and total 245 kbyte SRAMs to store about 30,000 prefix samples from MAE-WEST router, and an address lookup is achieved by a single memory access. The proposed scheme scales very well with both of large databases and longer addresses as in IPv6.
Packet forwarding in the Internet routers is to find out the longest prefix that matches the destination address of an input packet and to forward the input packet to the output port designated by the longest matched prefix. The IP address lookup is the key of the packet forwarding, and it is required to have efficient data structures and search algorithms to provide the high-speed lookup performance. In this paper, an efficient IP address lookup algorithm using binary search is investigated. Most of the existing binary search algorithms are not efficient in search performance since they do not provide a balanced search. The proposed binary search algorithm performs perfectly balanced binary search using switch pointers. The performance of the proposed algorithm is evaluated using actual backbone routing data and it is shown that the proposed algorithm provides very good search performance without increasing the memory amount storing the forwarding table. The proposed algorithm also provides very good scalability since it can be easily extended for multi-way search and for large forwarding tables
The Journal of Korean Institute of Communications and Information Sciences
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v.29
no.11B
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pp.911-919
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2004
IP address lookup is one of the essential functions on internet routers, and it determines overall router performance. The most important evaluation factor for software-based IP address lookup is the number of the worst case memory accesses. Binary prefix tree (BPT) scheme gives small number of worst case memory accesses among previous software-based schemes. However the tree structure of BPT is normally unbalanced. In this paper, we propose weighted binary prefix tree (WBP) scheme which generates nearly balanced tree, through combining the concept of weight to the BPT generation process. The proposed WBPT gives very small number of worst case memory accesses compared to the previous software-based schemes. Moreover the WBPT requires comparably small size of memory which can be fit within L2 cache for about 30,000 prefixes, and it is rather simple for prefix addition and deletion. Hence the proposed WBPT can be used for software-based If address lookup in practical routers.
The Journal of Korean Institute of Communications and Information Sciences
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v.34
no.4B
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pp.403-418
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2009
IP version 6 (IPv6) is a new If addressing scheme that has 128-bit address space. IPv6 is proposed to solve the address space problem of IP version 4 (IPv4) which has 32-bit address space. For a given IPv6 routing set, if a forwarding table is built using a trio structure, the trio has a lot more levels than that for IPv4. Hence, for IPv6 address lookup, the binary search on trio levels would be more appropriate and give better search performance than linear search on trio levels. This paper proposes a new IPv6 address lookup algorithm performing binary search on trio levels. The proposed algorithm uses a Bloom filter in pre-filtering levels which do not have matching nodes, and hence it reduces the number of off-chip memory accesses. Simulation has been performed using actual IPv6 routing sets, and the result shows that an IPv6 address lookup can be performed with 1-3 memory accesses in average for a routing data set with 1096 prefixes.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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