硬件单周期查找——TCAM

在工作的过程中接触到了PCL（Policy control list）这个概念，主要用法是在一个报文进入时查找是否匹配相应的PCL条目，如果匹配到了，那么就会执行相应的动作，所以一般我们的PCL条目就会包含以下几个参数————模式，掩码，偏移量，和action。试想一下，如果采用正常的软件逻辑，我们会将这条条目存放在RAM中，然后利用查找算法匹配，执行相应动作，如图。

但是这样查找最明显的问题就是————速度太慢。

对于一个千兆口的交换机，交换机内部需要维护一个非常大的FDB表，当学习的MAC地址不断增加，查找的时间也线性增加，影响转发效率，那么我们就需要一种查找手段，对这种查找手段有以下几个要求：

1、 单周期查找时间，必须控制查找时间，不能随线性增加。

2、 基于硬件，减少软件过程中IO的时间。

以上的要求，其实也是这篇文章的主角TCAM的特性。 按照惯例，这里需要插入一段科普性表达。TCAM (ternary content addressable memory)是一种三态内容寻址存储器，主要用于快速查找ACL、路由等表项。

接下来会从工作流程和工作原理来总结和归纳一下TCAM。以最简单的交换机的转发功能来窥探一下TCAM的工作流程。

首先简要介绍一下FDB，交换机内部会维护一张表格，表格记录了MAC地址和相应的端口， 也就是说，当一个报文通过交换机时，便会记录其中的源mac和端口号生成一条FDB条目，这是对于新地址表学习。对于转发，会查找当前报文的目的MAC地址，如果找到，发往相应的端口，如果没找到，广播到所有端口，这是最基本的交换机转发功能。

对于这种查表转发的任务，TCAM如何参与其中并实现呢？

首先通过入口的策略，通过偏移量等信息，把一个包相应的bit位打包成一个key送入TCAM，也就是源mac地址，然后通过TCAM进行查表得到数据的索引，最后从RAM中读取相应索引的数据，返回到集成电路中，具体而言就是查找到相应的port。最后将报文从相应的port转发出去。 从这张图里，很容易就会知道TCAM在其中担任的功能：

1、 输入一个key要求输出一个index

2、 输入的key要能设置掩码

3、 高效率的硬件查找。

对于其硬件原理，也可以用一张图来表示。

##引用自www.cnblogs.com/pandaroll/p…

广播实现了高效率的单周期查找，mask相与实现了掩码，输出的index也是条目唯一值。至于优先选路器的作用，是因为掩码的存在，所以一个key可能会匹配上很多不同的条目，但是对于输出的index只有一个，所以这就涉及到选路算法，这在路由上非常常见。理解转发流程和硬件原理之后，观察具体芯片的参数和寄存器，我们也就能很容易的上手使用。以下是找到的NL3280芯片参数。

包含了16个block，每个block可以分成不同的规格———16K72bit、8k144bit、4k288bit、2k576bit

每个block包括了8个BMR，每个BMR的bit对于相应的列掩码，从理解上来讲，这个寄存器的角色就是担当了当前block的默认掩码，有八个寄存器是为了对不同的规格能保证掩码位数。

对于database如下：

Data word和Mask好理解，parity负责奇偶校验，VBIT主要用于使能条目。

提供的寄存器如上图，涵括了上述所有功能的设置。