【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及网络，具体涉及一种基于fpga的tcam高速方法及系统。
技术介绍
1、当前，tcam( ternary content addressable memory，三态内容寻址存储器） 在高速网络处理中被广泛用于数据包分类等处理中，tcam可以存储除0和1以外的第三种状态“don’t care”（*），能在一个时钟周期内完成搜索，并输出第1个匹配条目的地址信息；因为它们可以并行地将输入键值与一组存储的规则进行比较，并输出匹配结果。而现场可编程逻辑门阵列（ field programmable gate arrays, fpga）具有可编程、高性能、低延时的特性，是一种很好平衡了灵活性与高性能的器件。
2、例如一种在fpga中实现的tcam电路结构的现有技术方案，用户根据自身需求配置tcam的基本查找单元个数和基本查找单元存储区的表项深度。虽然通过划分基本查找单元并依次读出表项进行比较降低了资源消耗，但这种方法可能牺牲了查找速度。
技术实现思路
1、为此，本专利技术提供一种基于fpga的tcam高速方法及系统，以解决现有技术中保证查找速度的同时降低功耗的问题。
2、为了实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
3、一种基于fpga的tcam高速方法及系统，包括以下步骤：
4、s1.使用fpga的硬件逻辑捕获通过网络接口传入的数据包；
5、s2.对数据包进行预处理；fpga需要识别数据包的包头信息，在解析完包头后，
6、s3.将预处理后的数据包的关键信息送入tcam进行查找；将整理好的key作为tcam的输入数据；tcam中的所有存储单元都会与输入的key进行并行比较；若找到匹配的存储单元，tcam会输出该存储单元对应的数据；检查tcam输出的匹配结果，确认是否找到了匹配的表项；关键信息指的是用于匹配和路由决策数据的包头字段；
7、s4.fpga根据tcam的查找结果决定数据包的后续处理路径；配置不同的分流策略；
8、s5.根据查找结果和执行效果，对tcam的表项进行更新和优化。
9、进一步的：所述fpga通过其硬件接口接收来自外部设备的数据包，并将这些数据包存储在内部的缓存器或外部存储器中，等待进一步处理。
10、进一步的：所述fpga通常会计算数据包的crc值，并与数据包中携带的crc值进行比较；crc校验会对数据包中的数据进行逐位计算，并生成一个校验和；这个校验和随后会与数据包中携带的校验和进行比较，以检测是否存在数据传输错误；若发现crc校验错误，fpga采取错误处理措施。
11、进一步的：所述fpga对数据进行转换操作的过程中，根据tcam的存储结构，将关键信息整理成key，并确保key的长度和格式与tcam中的表项相匹配。
12、进一步的：所述fpga内部的逻辑电路和状态机通过编写hdl代码定义，以完成数据包的解析、校验和预处理。
13、进一步的：所述tcam会返回所有与key匹配的表项的地址或索引；若有多个表项与key匹配，tcam会根据表项在存储器中的位置或预设的优先级规则来判断哪个匹配项具有最高的优先级；前缀较长的关键字表项会被存储在tcam的低地址区域，而前缀较短的关键字表项则会被存储在高地址区域；因此，tcam会返回地址最低的匹配项作为优先级最高的匹配项；根据优先级判断的结果，tcam会返回匹配的规则id或优先级最高的匹配项的地址或索引；接收方根据这个地址或索引从ram或其他存储器中获取具体的规则内容或执行相应的操作。
14、进一步的：实现所述的分流策略时，fpga充分利用其并行处理和高速io接口的优势，以提高数据包处理的速度和效率；若需要获取匹配的规则内容，接收方根据tcam返回的地址或索引，从ram或其他存储器中提取具体的规则数据；根据匹配的规则id或优先级最高的匹配项，执行相应的操作。
15、进一步的：分析所述的tcam的查找结果，识别哪些表项导致了高误报率或漏报率；检查是否存在过于宽泛或过于具体的匹配规则；评估分类决策对系统性能的影响；基于数据分析，调整过于宽泛的匹配规则。
16、为了实现上述目的，本专利技术还提供了一种技术方案：
17、一种基于fpga的tcam高速系统，包括：
18、高速网络接入模块：负责接收和处理网络信号，确保高速网络信号的稳定接入；
19、数据预处理单元：通过数据清洗、集成和变换减少数据处理的复杂性，提高后续处理效率；该单元利用fpga的并行处理能力，快速处理每秒产生的大量流量数据，确保系统的实时响应能力；
20、流管理模块：负责数据的分片重组和报文乱序重组，以还原完整的数据流；同时，建立流表并管理数据流，确保数据的完整性和有序性；处理后的数据流被送往匹配模块进行进一步处理；
21、匹配模块：使用tcam进行高效匹配；并将匹配结果和相关的动作命令地址发送给在线管理和深度分析模块；tcam内部可存储匹配表项，当系统向tcam输入搜索内容时，tcam会将此内容与匹配的表项进行比较，返回最优项，并获取要执行的动作命令地址；
22、在线管理和深度分析模块：对匹配结果进行后续处理。
23、所述数据预处理单元在fpga的并行处理能力支持下，对数据进行清洗、集成和变换后，将处理过的数据流传给流管理模块。
24、再进一步的：所述在线管理和深度分析模块根据匹配结果执行数据的转发、分类以及更深层次的数据分析和处理；对可能产生的控制信号或配置参数，反馈给数据预处理单元、流管理模块，以调整其处理行为。
25、本专利技术具有如下优点：
26、本专利技术的fpga的硬件逻辑能够高速捕获和处理网络数据包；使用tcam进行高效匹配；tcam中的所有存储单元都会与输入的key进行并行比较；检查tcam输出的匹配结果，确认是否找到了匹配的表项；tcam内部可存储匹配的表项，当系统向tcam输入搜索内容时，tcam会将此内容与匹配的表项进行比较，返回最优项，并获取要执行的动作命令地址；实现了数据包的高速分类和查找；fpga的并行处理能力使得系统能够同时处理多个数据包，提高了整体的处理吞吐量；tcam能够进行精确的三态匹配，对于数据包中的关键信息能够实现高效的查找和分类；通过调整tcam中的表项，可以实现对网络流量的精细控制和管理。
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1.一种基于FPGA的TCAM高速方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于FPGA的TCAM高速方法，其特征在于，所述FPGA通过其硬件接口接收来自外部设备的数据包，并将这些数据包存储在内部的缓存器或外部存储器中，等待进一步处理。
3.根据权利要求1所述的一种基于FPGA的TCAM高速方法，其特征在于，所述FPGA会计算数据包的CRC值，并与数据包中携带的CRC值进行比较；CRC校验会对数据包中的数据进行逐位计算，并生成一个校验和；这个校验和随后会与数据包中携带的校验和进行比较，以检测是否存在数据传输错误；若发现CRC校验错误，FPGA采取错误处理措施。
4.根据权利要求1所述的一种基于FPGA的TCAM高速方法，其特征在于，所述FPGA内部的逻辑电路和状态机通过编写HDL代码定义，以完成数据包的解析、校验和预处理。
5.根据权利要求1所述的一种基于FPGA的TCAM高速方法，其特征在于，所述TCAM会返回所有与KEY匹配的表项的地址或索引；若有多个表项与KEY匹配，TCAM会根据表项在存储器中的位置或预设
6.根据权利要求1所述的一种基于FPGA的TCAM高速方法，其特征在于，实现所述的分流策略时，FPGA充分利用其并行处理和高速IO接口的优势，以提高数据包处理的速度和效率；若需要获取匹配的规则内容，接收方根据TCAM返回的地址或索引，从RAM或其他存储器中提取具体的规则数据；根据匹配的规则ID或优先级最高的匹配项，执行相应的操作。
7.根据权利要求1所述的一种基于FPGA的TCAM高速方法，其特征在于；分析所述的TCAM的查找结果，识别哪些表项导致了高误报率或漏报率；检查是否存在过于宽泛或过于具体的匹配规则；评估分类决策对系统性能的影响；基于数据分析，调整过于宽泛的匹配规则。
8.一种基于FPGA的TCAM高速系统，其特征在于，包括：
9.根据权利要求8所述的一种基于FPGA的TCAM高速系统，其特征在于，所述在线管理和深度分析模块根据匹配结果执行数据的转发、分类以及更深层次的数据分析和处理；对产生的控制信号或配置参数，反馈给数据预处理单元、流管理模块，以调整其处理行为。
...【技术特征摘要】
1.一种基于fpga的tcam高速方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于fpga的tcam高速方法，其特征在于，所述fpga通过其硬件接口接收来自外部设备的数据包，并将这些数据包存储在内部的缓存器或外部存储器中，等待进一步处理。
3.根据权利要求1所述的一种基于fpga的tcam高速方法，其特征在于，所述fpga会计算数据包的crc值，并与数据包中携带的crc值进行比较；crc校验会对数据包中的数据进行逐位计算，并生成一个校验和；这个校验和随后会与数据包中携带的校验和进行比较，以检测是否存在数据传输错误；若发现crc校验错误，fpga采取错误处理措施。
4.根据权利要求1所述的一种基于fpga的tcam高速方法，其特征在于，所述fpga内部的逻辑电路和状态机通过编写hdl代码定义，以完成数据包的解析、校验和预处理。
5.根据权利要求1所述的一种基于fpga的tcam高速方法，其特征在于，所述tcam会返回所有与key匹配的表项的地址或索引；若有多个表项与key匹配，tcam会根据表项在存储器中的位置或预设的优先级规则来判断哪个匹配项具有最高的优先级；前缀较长的关键字表项会被存储在tcam的低地址区域，而前缀较短的关键字表项则会被存储在高地址区域；因此，tca...
【专利技术属性】
技术研发人员：朱云，李元骅，可为，
申请(专利权)人：数盾信息科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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