The Journal of the Korea Contents Association (한국콘텐츠학회논문지)

The Korea Contents Association (한국콘텐츠학회)
권호 표지
DOI QR코드

DOI QR Code

Efficient Parallel IP Address Lookup Architecture with Smart Distributor

스마트 분배기를 이용한 효율적인 병렬 IP 주소 검색 구조

  • 김정환 (건국대학교 컴퓨터공학과) ;
  • 김진수 (건국대학교 컴퓨터공학과)
  • Received : 2012.07.23
  • Accepted : 2012.09.27
  • Published : 2013.02.28
Download PDF
⟨ Previous Next ⟩

Abstract

Routers should perform fast IP address lookup for Internet to provide high-speed service. In this paper, we present a hybrid parallel IP address lookup structure composed of four-stage pipeline. It achieves parallelism at low cost by using multiple SRAMs in stage 2 and partitioned TCAMs in stage 3, and improves the performance through pipelining. The smart distributor in stage 1 does not transfer any IP address identical to previous one toward the next stage, but only uses the result of the previous lookup. So it improves throughput of lookup by caching effects, and decreases the access conflict to TCAM bank in stage 3 as well. In the last stage, the reorder buffer rearranges the completed IP addresses according to the input order. We evaluate the performance of our parallel pipelined IP lookup structure comparing with previous hybrid structure, using the real routing table and traffic distributions generated by Zipf's law.

인터넷에서 초고속 서비스의 제공을 위해서, 라우터는 신속하게 IP 주소 검색을 수행해야 한다. 본 논문에서는 4 단계의 파이프라인으로 구성된 하이브리드 방식의 병렬 IP 주소 검색 구조를 제안한다. 단계 2의 다중 SRAM과 단계 3의 분할 TCAM을 사용하여 저렴한 비용으로 병렬화를 이루고, 파이프라이닝을 통해 처리율을 향상시켰다. 단계 1에서 스마트 분배기는 선행된 IP 주소와 동일한 주소를 다음 단계로 진입시키지 않고 선행의 검색 결과를 그대로 활용하게 한다. 이에 따라, 캐싱 효과에 의해 검색 처리율을 더욱 향상시키고, 단계 3인 TCAM bank로의 접근 충돌도 완화시킬 수 있다. 마지막 단계의 재정렬 버퍼는 처리된 IP 주소 순서를 입력 순서에 맞도록 재조정하는 기능을 수행한다. 또한, 실제 사용되는 라우팅 테이블과 Zipf 법칙에 따라 생성된 트래픽 분포를 사용하여, 병렬 파이프라인 IP 검색 구조의 성능을 기존의 하이브리드 구조와 비교하여 평가한다.

Keywords

References

  1. H. J. Chao, "Next Generation Routers," Proc. of IEEE, Vol.90, No.9, pp.1518-1558, 2002. https://doi.org/10.1109/JPROC.2002.802001
  2. Mi. A. Ruiz-Sanchez, E. W. Biersack, and W. Dabbous, "Survey and Taxonomy of IP Address Lookup Algorithms," IEEE Network, Vol.15, No.2, pp.8-23, 2001.
  3. H. J. Chao and B. Liu, High Performance Switches and Routers, Wiley-Interscience, 2007.
  4. W. Wu, Packet Forwarding Technologies, Auerbach Pub., 2008.
  5. 김진수, 김정환, "효율적인 IP 주소 검색을 위한 개선된 LC-trie", 한국콘텐츠학회논문지, 제7권, 제3호, pp.50-59, 2007.
  6. G. Wang and N.-F Tzeng, "Exact Forwarding Table Partitioning for Efficient TCAM Power Savings," Proc. of IEEE NCA 2007. pp.249-252, 2007.
  7. J. H. Kim, M. C. Ko, H. K. Kang, and J. S. Kim, "A Hybrid IP Forwarding Engine with High Performance and Low Power," Proc. of the ICCSA 2009, pp.888-899, 2009.
  8. K. Zheng, C. C. Hu, H. B. Lu, and B. Liu, "A TCAM-based Distributed Parallel IP Lookup Scheme and Performance Analysis," IEEE/ACM Transation on Networking, Vol.14, No.4, pp.863-875, 2006. https://doi.org/10.1109/TNET.2006.880171
  9. Mohammad J. Akhbarizadeh, Mehrdad Nourani, Rina Panigrahy, and Samar Sharma, "A TCAM-based Parallel Architecture for High-speed Packet Forwarding," IEEE Transactions on Computers, Vol.56, No.1, pp.58-72, 2007. https://doi.org/10.1109/TC.2007.250623
  10. D. Lin, Y. Zhang, C. Hu, B. Liu, X. Zhang, and D. C. Pao, "Route Table Partitioning and Load Balancing for Parallel Searching with TCAMs," Proc. of 21st IPDPS, pp.1-10, 2007.
  11. Y. Sun, H. Liu, and M. S. Kim, "Using TCAM Efficiently for IP Route Lookup," Proc. of 8th IEEE Consumer Communications and Networking Conference, pp.816-817, 2011.
  12. Zoran Cica and Aleksandra Smiljanic, "Frugal IP Lookup Based on Parallel Search," Proc. of International Conference on High Performance Switching and Routing (HPSR), pp.1-6, 2009.
  13. Weirong Jiang and Viktor K. Prasanna, "Parallel IP Lookup using Multiple SRAM-based Pipelines," Proc. of 22nd International Parallel and Distributed Processing Symposium (IPDPS), pp.1-14, 2008.
  14. http://www.routeviews.org/
  15. W. Shi, M. H. MacGregor, and P. Gburzynski, "An Adaptive Load Balancer for Multiprocessor Routers," Simulation, Vol.82, No.3, pp.173-192, 2006. https://doi.org/10.1177/0037549706067079