고속 패킷 분류를 위한 2차원 비트맵 트라이

Abstract

인터넷 라우터에서 행해지는 패킷분류는 5가지 패킷 헤더를 검사하여 선속도로 처리해야하기 때문에, 라우터가 수행하기 어려운 기능 중 하나이다. 본 논문에서는 리프-푸싱 된 영역분할 사분트라이 기반 비트맵 트라이 구조 (leaf-pushed AQT bitmap trie)를 제안한다. 제안하는 구조는 영역분할 사분트라이(Area-based Quad Trie, AQT)에 기초하되 불필요한 칩-외부메모리 접근을 줄이고자 리프-푸싱(leaf-pushing)기법을 적용하고, 멀티 비트 트라이인 비트맵을 적용하여 패킷분류 속도와 확장성을 모두 향상시킨 구조이다. 성능 평가를 위하여 ACL FW, IPC 룰셋을 각각 1k, 5k, 10k로 크기를 증가시키며 실험을 진행하였다. 그 결과, 제안하는 구조에서는 룰 셋의 종류나 크기와는 상관없이 패킷분류를 위하여 필요한 칩-외부메모리 접근 횟수가 1번 이내임을 확인할 수 있었다. 또한, 비트맵 트라이를 적용함으로 인해, 리프-푸싱기반 영역분할 사분트라이와 비교하여 약 50%의 칩-내부메모리 접근이 요구됨을 보았으며, 또한 칩-내부메모리 요구량의 변화폭이 룰 셋이 증가함에 따라 안정적으로 변화하여 제안하는 구조의 확장성을 확인할 수 있었다. Packet classification carried out in Internet routers is one of the challenging tasks, because it has to be performed at wire-speed using five header fields at the same time. In this paper, we propose a leaf-pushed AQT bitmap trie. The proposed architecture applies the leaf-pushing to an area-based quad-trie (AQT) to reduce unnecessary off-chip memory accesses. The proposed architecture also applies a bitmap trie, which is a kind of multi-bit tries, to improve search performance and scalability. For performance evaluation, simulations are conducted by using rule sets ACL, FW, and IPC, with the sizes of 1k, 5k, and 10k. Simulation results show that the number of off-chip memory accesses is less than one regardless of set types or set sizes. Additionally, since the proposed architecture applies a bitmap trie, the required number of on-chip memory accesses is the 50% of the leaf-pushed AQT trie. In addition, our proposed architecture shows good scalability in the required on-chip memory size, where the scalability is identified by the stable change in the required memory sizes, as the size of rule sets increases.