三态内容寻址存储器(TCAM)工作原理

CAM 是Content Addressable Memory的缩写，即“内容寻址存储器”的意思，它是在传统的存储技术的基础上实现的联想记忆存储器，关于 CAM 的基本操作有三种： 1).写操作：输入地址和数据，将数据写到指定的地址上，写入速度与 RAM相同； 2).读操作：输入地址，返回该地址上的数据，读取速度与 RAM 相同； 3).查找操作：输入待查数据，返回该数据被存储的地址。这也是CAM 的最主要用途，它能够从巨大的数据库中进行快速查找，并且返回最佳的匹配地址，最快查找速度能达到每秒一亿次以上。 TCAM 是Ternary Content Addressable Memory的缩写，即“三态内容寻址存储器”的意思，它是从 CAM 的基础上发展而来的。一般的CAM 存储器中每个 bit 位的状态只有两个，“0”或“1”，而 TCAM 中每个 bit 位有三种状态，除掉“0”和“1”外，还有一个“don’t care”状态，所以称为“三态”，它是通过掩码来实现的，正是TCAM 的这个第三种状态特征使其既能进行精确匹配查找，又能进行模糊匹配查找，而 CAM 没有第三种状态，所以只能进行精确匹配查找。 TCAM 器件的生产厂商主要有 Cypress、IDT 和 Netlogic 三家。这三家分别将TCAM 器件称作 Network Search Engine(NSE) 、Network Search Accelerator(NSA)和 Knowledge-based Processor(KBP) 。 TCAM 器件在通信领域种有非常广泛的应用，主要有： 1).ATM Switching 设备中的VCI/VPI 转发和 ATM-to-MPLS or ATM-to-TCP-Flow 地址映射表项的存储和查找； 2).Ethernet Switching 设备中的二层 MAC 地址、ARP/RARP 解析和三层 IP路由表项的存储和查找； 3).Emerging Protocols and functions方面的MPLS label 表项的存储和查找； 4).Packet Classification 业务中的Enforce secu rity 、Enforce departmental policies 和 QOS 检测表项的存储和查找； 5).安全防护设备中的FIB/LBT、MFIB 及 ACL 表项存储和查找。 传统的表项查找方法有很多，主要有：线型查找法、二叉树查找法、哈希表查找等，这些查找方法都是基于 SRAM 的软件查找方法，共同特点是查找速度慢。线型查找法需要遍历表中的所有表项；二叉树查找法需要遍历树中大多数节点，而且查找速度受树的深度影响较大；哈希表查找法是软件查找中计较快的一种方法，它是根据设定的哈希函数 H(key )和处理冲突方法将一组关键字映象到一个有限的地址区间上，并以关键字在地...