Various algorithms and architectures for IP address lookup have been studied to improve forwarding performance in the Internet routers. Previous IP address lookup architecture using Bloom filter requires a separate Bloom filter as well as a separate hash table in each prefix length, and hence it is not efficient in implementation complexity. To reduce the number of hash tables, it applies controlled prefix expansion, but prefix duplication is inevitable in the controlled prefix expansion. Previous parallel multiple-hashing architecture shows very good search performance since it performs parallel search on tables constructed in each prefix length. However, it also has high implementation complexity because of the parallel search structure. In this paper, we propose a new IP address lookup architecture using all-length Bloom filter and all-length multiple hash table, in which various length prefixes are accomodated in a single Bloom filter and a single multiple hash table. Hence the proposed architecture is very good in terms of implementation complexity as well as search performance. Simulation results using actual backbone routing tables which have $15000{\sim}220000$ prefixes show that the proposed architecture requires 1.04-1.17 memory accesses in average for an IP address lookup.
The Journal of Korean Institute of Communications and Information Sciences
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v.29
no.2B
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pp.158-166
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2004
Address lookup is one of the most essential functions of the Internet routers and a very important feature in evaluating router performance. Due to the facts that the Internet traffic keeps growing and the number of routing table entries is continuously growing, efficient address-lookup mechanism is indispensable. In recent years, various fast address-lookup schemes have been proposed, but most of those schemes are not practical in terms of the memory size required for routing table and the complexity required in table update In this paper, we have proposed a parallel IP address lookup architecture based on multiple hashing. The proposed scheme has advantages in required memory size, the number of memory accesses, and table update. We have evaluated the performance of the proposed scheme through simulation using data from MAE-WEST router. The simulation result shows that the proposed scheme requires a single memory access for the address lookup of each route when 203kbytes of memory and a few-hundred-entry TCAM are used.
Kim Hye ran;Jung Yeo jin;Yim Chang boon;Lim Hye sook
The Journal of Korean Institute of Communications and Information Sciences
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v.30
no.3B
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pp.65-71
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2005
The primary function of the Internet routers is to forward incoming packets toward their final destinations. IP address lookup is one of the most important functions in evaluating router performance since IP address lookup should be performed in wire-speed for the hundred-millions of incoming packets per second. With CIDR, the IP prefixes of routing table have arbitrary lengths, and hence address lookup by exact match is no longer valid. As a result, when packets arrive, routers compare the destination IP addresses of input packets with all prefixes in its routing table and determine the most specific entry among matching entries, and this is called the longest prefix matching. In this paper, based on parallel multiple hashing and prefix grouping, we have proposed a hardware architecture which performs an address lookup with a single memory access.
Packet arrival rates in internet routers have been dramatically increased due to the advance of link technologies, and hence wire-speed packet processing in Internet routers becomes more challenging. As IP address lookup is one of the most essential functions for packet processing, algorithm and architectures for efficient IP address lookup have been widely studied. In this paper, we Propose an efficient I address lookup architecture which shows yeW good Performance in search speed while requires a single small-size memory The proposed architecture is based on multi-way tree structure which performs comparisons of multiple prefixes by one memory access. Performance evaluation results show that the proposed architecture requires a 280kByte SRAM to store about 40000 prefix samples and an address lookup is achieved by 5.9 memory accesses in average.
Seo, Ji-Hyun;Lim, Hye-Sook;Jung, Yeo-Jin;Lee, Seung-Jun
The Journal of Korean Institute of Communications and Information Sciences
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v.28
no.2B
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pp.138-143
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2003
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 1.93 memory accesses in average.
IEIE Transactions on Smart Processing and Computing
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v.5
no.5
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pp.331-336
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2016
Multi-bit tries have been proposed to improve the search performance of a binary trie by providing flexibility in stride values, which identify the number of bits examined at a time. However, constructing a variable-stride multi-bit trie is challenging since it is not easy to determine a proper stride value that satisfies the required performance at each node. The aim of this paper is to identify several desired characteristics of a trie for IP address lookup problems, and to propose a multi-stride decision trie that has these characteristics. Simulation results using actual routing sets with about 30,000 to 220,000 prefixes show that the proposed multi-stride decision trie has the desired characteristics and achieves IP address lookup using 33% to 47% of the 2-bit trie in the average number of node accesses, while requiring a smaller amount of memory.
Journal of Korean Institute of Industrial Engineers
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v.27
no.4
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pp.406-412
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2001
IP address lookup is to determine the next hop destination of an incoming packet in the router. The address lookup is a major bottleneck in high performance router due to the increased routing table sizes, increased traffic, higher speed links, and the migration to 128 bits IPv6 addresses. IP lookup time is dependent on data structure of lookup table and search scheme. In this paper, we propose a new approach to build a lookup table that satisfies the memory constraint. The design of lookup table is formulated as an optimization problem. The objective is to minimize average depth from the root node for lookup. We assume that the frequencies with which prefixes are accessed are known and the data structure is level compressed trie with branching factor $\kappa$ at the root and binary at all other nodes. Thus, the problem is to determine the branching factor k at the root node such that the average depth is minimized. A heuristic procedure is proposed to solve the problem. Experimental results show that the lookup table based on the proposed heuristic has better average and the worst-case depth for lookup.
Journal of the Institute of Electronics Engineers of Korea SD
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v.40
no.5
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pp.345-353
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2003
When designing network processors or implementing network equipments such as routers are implemented, IP lookup operations cause the major impact on their performance. As the organization of the IP address becomes simpler, the speed of the IP lookup operations can go faster. However, since the efficient management of IP address is inevitable due to the increasing number of network users, the address organization should become more complex. Therefore, for both IPv4(IP version 4) and IPv6(IP version 6), it is the essential fact that IP lookup operations are difficult and tedious. Lots of researcher for improving the performance of IP lookups have been presented, but the good solution has not been came out. Software approach alleviates the memory usage, but at the same time it si slow in terms of searching speed when performing an IP lookup. Hardware approach, on the other hand, is fast, however, it has disadvantages of producing hardware overheads and high memory usage. In this paper, conventional researches on IP lookups are shown and their advantages and disadvantages are explained. In addition, by mixing two representative structures, a new hybrid parallel architecture for fast IP lookups is proposed. The performance evaluation result shows that the proposed architecture provides better performance and lesser memory usage.
Kim, Junghwan;Ko, Myeong-Cheol;Shin, Moon Sun;Kim, Jinsoo
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.13
no.4
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pp.1922-1940
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2019
IP address lookup is a function to determine nexthop for a given destination IP address. It takes an important role in modern routers because of its computation time and increasing Internet traffic. TCAM-based IP lookup approaches can exploit the capability of parallel searching but have a limitation of its size due to latency, power consumption, updatability, and cost. On the other hand, multibit trie-based approaches use SRAM which has relatively low power consumption and cost. They reduce the number of memory accesses required for each lookup, but it still needs several accesses. Moreover, the memory efficiency and updatability are proportional to the number of memory accesses. In this paper, we propose a novel architecture using an Indexed Multibit Trie (IMT) which is based on combined TCAM and SRAM. In the proposed architecture, each lookup takes at most two memory accesses. We present how the IMT is constructed so as to be memory-efficient and fast updatable. Experiment results with real-world forwarding tables show that our scheme achieves good memory efficiency as well as fast updatability.
In this paper, we propose a new scheme which improves the IP address lookup time. The new scheme is composed of two core technologies, named the prefix alignment and the prefix distance ordering. Now, as the Internet is being used commonly by improving the data transmission capacity, the need for enlarging the bandwidth of the Internet is on the rise. IP address lookup performance problem is an important obstacle in the router executing high speed packet forwarding. This results from the fact that the prefixes routing table is composed of and the traffic being processed in unit time are largely on the increase. The proposed lookup scheme is divided into two parts in technology, the one is the algorithm forming a routing database(routing table), the other is the lookup procedure in the actual packet processing.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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