朱国胜，余少华,2

（1. 华中科技大学 计算机学院，湖北 武汉 430074；

2. 武汉邮电科学研究院 新一代光纤通信技术和网络国家重点实验室，湖北 武汉 430074）

1 引言

互联网路由交换网络设备需要采用分组分类技术，将到达分组的头部信息和分类规则库中的规则条件进行匹配，并根据匹配结果实现规则动作，包括转发、丢弃、队列排队等，从而实现访问控制、安全过滤、带宽控制等。和IP路由查找一样，分组分类功能处在网络设备的数据平面，需要进行每分组处理，对性能要求很高。

目前，业界普遍采用三态内容寻址存储器（TCAM, ternary content-addressable memory）来实现高速分组分类，Cisco的Catalyst 6500高端交换机采用多片TCAM来分别实现3层IP路由、访问控制列表ACL、分组分类以及NETFLOW等功能[1]。TCAM 可配置成 36bit、72bit、144bit、288bit、576bit等宽度，用于存储固定宽度的查找条件。和普通内存通过地址寻找内容不同，TCAM通过内容来定位地址，它将查找关键字和所有TCAM表项进行并行比较来定位关键字匹配的存储地址，根据得到的地址来得到存储在快速SRAM中的规则动作。TCAM的并行特性使得分组分类查找可以在固定的时钟周期内完成，目前TCAM的时钟周期可以做到2ns，可以实现 500MSPS的查找速率[2]，TCAM 三态特性需要采用多达 16个晶体管来实现一个比特的存储，导致芯片面积较大而且价格较高，而TCAM的并行比较特性使得功耗很高，一个18Mbit的TCAM功耗高达15W[3]。因此在单板线卡设计中必须考虑TCAM 的成本、功耗和体积，并充分利用 TCAM的每个比特。

有效利用 TCAM 来完成高速分组分类的主要障碍是TCAM不适合实现范……