基于非易失存儲器的混合TCAM研究與設計.pdf

1、軟件定義網絡(SDN)是一種新興的網絡模式，它通過將網絡的控制平面和數(shù)據(jù)平面進行解耦來簡化網絡管理。其中交換機作為數(shù)據(jù)轉發(fā)的設備，而實際上網絡管理則由邏輯上集中的服務器來進行控制。通過將控制平面轉移到邏輯為中心的控制器上，SDN提供了可編程功能并且用于動態(tài)地控制和管理交換機中的數(shù)據(jù)包的轉發(fā)和處理。
　　在SDN中，網絡流量是由一組存儲在交換機中的三態(tài)內容尋址存儲器(TCAM)的流表所管理。TCAM可以以線性的速度與到來的數(shù)據(jù)包和存

2、儲在TCAM中的所有流表進行并行比較。
　　然而，現(xiàn)在的商業(yè)交換機的TCAM容量很少。另一方面，更加細化的SDN策略導致更大更多的流表數(shù)量的增長，這些流表需要存儲和保持在SDN交換機的TCAM中，以保證快速的網絡需求。盡管TCAM由于它的性能優(yōu)勢變得不可缺少，但是本身也帶來了不可忽視的代價。例如，TCAM耗能比較大、價格昂貴、比一般存儲器RAM需要占更大的芯片面積。這主要是由于現(xiàn)在的商業(yè)交換機中的TCAM是由靜態(tài)隨機存取存儲器(S

3、RAM)組成，而SRAM的高耗能和低密度等特性極大地限制了TCAM的容量，加劇了SDN交換機的處理負擔和延遲。
　　由于網絡中的數(shù)據(jù)流量持續(xù)增長，增加TCAM容量的同時最小化TCAM的使用代價已經成為了一個挑戰(zhàn)。最近，新型非易失性存儲器件(NVM)由于它的低靜態(tài)功耗和高密度等優(yōu)點，像電阻式存儲器件(ReRAM)已經被引入來實現(xiàn)TCAM。與傳統(tǒng)的由SRAM組成的TCAM(sTCAM)相比，由NVM組成的TCAM(nvTCAM)可以獲

4、得更高的存儲容量和更低的能量消耗。
　　然而，nvTCAM由于固有的高的寫延遲操作，因此也不是完美的解決方案。此外，TCAM中的流表的更新操作本身也是一個緩慢的過程，現(xiàn)在的基于SRAM的交換機僅僅支持每秒40至50條流表的更新。這個更新操作對于由NVM組成的交換機會更加嚴重，極大地限制了大型網絡中的網絡性能。
　　本論文提出了一個由NVM組成的TCAM(nvTCAM)和基于SRAM組成的TCAM(sTCAM)的混合TCAM架