TCAM基础知识培训课件.pptx

1、课程内容 第一章：TCAM基础 第二章：TCAM芯片介绍 第三章：附录课程内容第一章：TCAM基础 第1节：什么是CAM和TCAM 第2节：TCAM的查找 第3节：TCAM的优势 第4节：TCAM的基本组成 第5节：“三态”和最高优先级匹配什么是CAMCAM: Content Addressable Memory，内容寻址存储器。 一个并行比较处理器，也被称作NSE (Network Search Engine) 能够象RAM一样进行写操作： 输入地址和数据，将数据写到指定的地址上。 能够象RAM一样进行读操作： 输入地址，返回该地址上的数据。 查找操作： 输入（待查）数据，返回该数据被存储的

2、地址。 这是CAM的主要用途，它能够从巨大的Database中进行快速查找，并返回最佳匹配的地址。什么是TCAMTCAM:Ternary Content Addressable Memory ,三态内容寻址存储器。 一般CAM存储器中每一bit的状态只有两个，非“0”即“1” ；TCAM中每bit数据还有第三种状态“dont care”，所以称为“三态”，它是通过掩码来进行实现的。目前主要的供应商有：Netlogic、Cypress、IDT。 查找系统查找系统CAM在系统中的位置：在系统中的位置：PHYFramerTrafficManagerASIC或者NPUTCAMAssociated Da

3、ta RAM（optional) CAM和网络处理器(NP)一起完成数据包的分类、路由查找等功能，充当搜索引擎单元 .课程内容第一章：TCAM基础 第1节：什么是CAM和TCAM 第2节：TCAM的查找 第3节：TCAM的优势 第4节：TCAM的基本组成 第5节：“三态”和最高优先级匹配TCAM子系统的查找过程NPU/ASICRAMTCAMKEYINDEXDATA一个典型的TCAM子系统的查找过程：准备查找准备查找： NP从报文头提取信息，整理成与TCAM中待查表一致的数据格式，称为Key。查找：查找： 将Key送入TCAM与待查表中的所有表项对照，匹配到后将对应地址INDEX送到 RAM中。

4、查找后的处理查找后的处理： 最后 RAM将对该报文的处理信息 DATA返回给NP 。 TCAM的应用范围之一ATM switching VCI/VPI translation ATM-to-MLPS or ATM-to-TCP-Flow mappingEthernet switching layer 2 MAC address searches Address Resolution Protocol (ARP)Emerging Protocols and functions MPLS label searches两个典型应用之路由查找IP PACKETROUTER?ROUTERROUTERRO

5、UTERR3R5R4IP PACKETPROTOCOLTYPEIP SRCADDRIP DESTADDRSRCPORT#DESTPORT#DATA查找查找Key:192.10.12.9167.10.0.0R3路由表：路由表：192.10.0.0192.11.0.0R4R5根据目的地址查找下一跳：根据目的地址查找下一跳：下一跳？下一跳？TCAMRAMINDEXPACKET TO R4TCAM的应用范围之二Packet Classification: Enforce security Enforce departmental policies Quality of Service 包的分类可以决定

6、这个包是否应该被转发，如果要被转发，要给予什么样的优先级。 两个典型应用之包分类处理报文处理策略选择：报文处理策略选择： Telnet 和和 FTP给予了不同的服务等级；给予了不同的服务等级；SMTP(email)被某一个特定的服务器截收了（安全问题）；被某一个特定的服务器截收了（安全问题）；*202.176.145.12*225.142.11.*TCP252321Low priorityDenyLow latency 源地址源地址 目的地址目的地址 协议协议 端口端口 处理策略处理策略 TCPTCPIP PACKETROUTERTelnetFTPSMTPIP PACKETIP PACKET?

7、如何处理？如何处理？TCAMSRAMTCAM基础知识培训第一章：TCAM基础 第1节：什么是CAM和TCAM 第2节：TCAM的查找 第3节：TCAM的优势 第4节：TCAM的基本组成 第5节：“三态”和最高优先级匹配为什么需要TCAM疑问： 上面所说的功能不用TCAM就能实现，为什么要还要TCAM呢？答案就是： 速度！ 传统的查找方法基于SRAM的的查找方法： 软件算法的实现方式1.线性查找AFCD1122CCDDAAAASRAMaddressdata2.二叉树查找345678953.HASH查找.基于CAM的查找基于TCAM的查找： 基于硬件的实现，整个表空间Database在同一时刻被查

8、询： 1*0101*0110000111011100111000010101011000010*11031245110110*Keyword:TCAM:Add=4AssociatedDATARAM匹配匹配4DATATCAM的优势TCAM的优势： 单周期查找； 平均查找速度是基于SRAM算法查找的6倍； 最坏情况下，查找速度提高128倍； TCAM基础知识培训第一章：TCAM基础 第1节：什么是CAM和TCAM 第2节：TCAM的查找 第3节：TCAM的优势 第4节：TCAM的基本组成 第5节：“三态”和最高优先级匹配CAM和Memory的基本单元SRAM的基本单元：的基本单元：CAM的基本单元

9、CAM的基本单元：的基本单元：TCAM的基本单元TCAM的基本单元：的基本单元：TCAM基础知识培训第一章：TCAM基础 第1节：什么是CAM和TCAM 第2节：TCAM的查找过程 第3节：TCAM的优势 第4节：TCAM的基本组成 第5节：“三态”和最高优先级匹配表项掩码 表项掩码（三态的实现方式）： TCAM的基本单元为待查找的表项，每个表项包括表项数据Data Word、表项掩码Local Mask。 Local Mask某位为1（有的厂商规定是0）时，相对应的Data Word位被屏蔽，不参与比较。10010010Data WordLocal Mask1*01001001000000表

10、项：等效于*表示“do not care”精确匹配精确匹配： 不使用掩码，所有的掩码位是0，进行精确匹配。 10010101110010111011100111000111101110000011011031245110110111Key:logicWinnerABCDEF最高优先级匹配1001010111001011101110011100011110111*000*11031245110110111Key:logicWinnerTCAM的最高优先级匹配功能： 由于有“dont care”即三态的存在，所以一个Key值可能有多个匹配。 当一个Key存在多个匹配的时候，匹配经过逻辑单元比较返回

11、匹配程度最高的表项。(在IPV4路由中经常出现)ABCDEF课程内容第二章：TCAM芯片介绍 第1节：几种TCAM芯片介绍 第2节：NL3280介绍 第3节：Netlogic和IDT的Roadmap 几种TCAM芯片介绍生产厂商型号容量接口类型最大查找速度CypressNSE10K18MNSE266MSPSCypressNSE20K18MLA-1266MSPSNetlogicNL328018MNSE133MSPSNetlogicNSE551218MNSE133MSPSIDT75S10010A10MNSE250MLPSIDT75K72234 18MLA-1250MLPS课程内容第二章：TCAM芯

12、片介绍 第1节：几种TCAM芯片介绍 第2节：NL3280介绍 第3节：Netlogic和IDT的Roadmap NL3280的结构 NL3280是Netlogic公司生产的18Mbit的TCAM芯片，芯片结构图如下：NL3280与NP的连接结构TCAMRAMNPU/ASICKEYDATAADDRINDEX1、 NP将要查找的数据Key送到TCAM中，2、TCAM找到匹配项后将地址INDEX直接返回给NP,3、NP再用地址ADDR(可能经过转换)在RAM中读取所需 数据NL3280的信号Netlogic NL3280的主要接口信号有：l数据总线DBUS71:0:数据（地址）的输入与输出l指令总

13、线IBUS7:0:指令输出。l结果返回总线RBUS24:0:返回查找的结果。Netlogic NL3280几个特殊信号有：RD_ACK:读操作时指示数据总线上的数据有效。SMF_L0:系统匹配标志位。RV:结果有效位，指示RBUS上的数据有效NL3280的Database NL3200内部可以分为16个独立的block，每个block可以配置成16K x 72bit，8K x 144bit，4K x 288bit，2kx576bit；Database record NL3280中的基本单元是表项，每个表项包括一个72bit的Data Word数据项和一个Local Mask Word的掩码项。

14、当掩码为“1”时相对应的数据位不参与比较。 此外还有一位校验位Parity和一位有效位VBIT,当VBIT为1时表示此表项无效果，不参加比较操作。块结构 每一个Block有8个块掩码寄存器，块掩码寄存器用来屏蔽所在列的数据，当块掩码寄存器设置为1时，相对应的整列都被屏蔽。 NL3280的寄存器1.块设置寄存器BCR ： 用来设置逻辑表ID和位宽 ;2.块掩码寄存器BMR:用来设置块掩码；3.数据寄存器DR：用来写入搜索的关键字和数据，是个只写寄存器；4.设备ID寄存器DIR：用来设置设备的ID号；5.逻辑表寄存器LTR:用来设置逻辑表ID、逻辑表ID掩码、和选择块掩码；6.结果寄存器RR:保存

15、返回的INDEX和ID号等，是个只读寄存器；7.设备配置寄存器DCR:存储版本号、容量等芯片相关信息。NL3200的主要寄存器有：NL3280的初始化初始化的要求步骤如下：Setp1 保持RST_L信号为低至少200个时钟周期；Setp2 将RST_L拉高，发出20,000个NOP命令；Setp3 写器件ID寄存器；Setp4 写器件配置ID寄存器；Setp5如果器件级联，则运行指令0X01 (使能下个器件)，和0X00（ nop指令） Setp6重复第三到五步 ;Setp7 写Block 寄存器，设置逻辑表ID和位宽配置；Setp8 写Block Mask寄存器；NL3200的初始化Step

16、9 写Logical Table 寄存器，设置逻辑表ID、逻辑表ID掩码和被选择的Block Mask;Step10 写入并定义所有的表项数据和掩码；Step11 发比较操作指令。NL3280的基本操作NL3280的基本操作： 读操作：和RAM类似，地址和数据在DBUS总线上复用；写操作：和RAM类似；查找操作：TCAM的主要操作，用户提供待查数据，TCAM返回储存此数据 的地址读操作读操作：读操作：可以分为三种类型，读寄存器，读表项数据，读表项掩码，对应IBUS 7:0的值如下表。 读操作主要用于从TCAM中读取表项和寄存器的内容，通过IBUS总线向TCAM发出读操作码，通过DBUS送地址到

17、TCAM中，读的结果由DBUS返回读操作 当Local Mask Word位是1的时候，相应的Data Word位读出的数据总是0，如下表所示：读操作读操作的时序：写操作写操作： 写操作比较特殊，分为寄存器、删除表项、写表项操作。对应的指令如下表所示：写操作写寄存器：写操作写表项：写操作删除表项：Compare操作每两个时钟周期，可一执行一次Compare操作，Rbus总线保持两个时钟周期Compare操作 Data Register71:0必须是最后一个被写入的Data Segment,其它Data Segment的写入次序随意。课程内容第二章：TCAM芯片介绍 第1节：几种TCAM芯片介绍 第2节：NL3280介绍 第3节：Netlogic和IDT的Roadmap Netlogic的RoadmapIDT的Roadmap1IDT的Roadmap2课程内容附录： TCAM的选型要素 TCAM未来的发展方向 TCAM的选型依据TCAM选型的四个主要因素： 容量 查找速度 功耗 价格 TCAM未来的发展方向未来对TCAM的要求： 更大容量 更低功耗 更便宜的价格 物理上基于SRAM或者是DRAM，用专利算法实现高速查找,是未来TCAM发展的一个方向。谢谢