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层次式交换网络IP包分类的设计与实现——基于网络处理器平台的中期报告

摘要：

本文基于网络处理器平台，研究了层次式交换网络IP包分类的设计与实现。首先介绍了交换网络的基本概念和分类方法，进而分析了现有的IP包分类算法，发现它们存在效率不高、适应性差等问题。针对这些问题，本文提出了一种基于层次式二叉树的IP包分类算法，并详细阐述了其实现方法。在此基础上，设计了一个高效的层次式交换网络，并进行了仿真评测，结果表明本文提出的方案对于不同类型的IP包都能够快速、准确地进行分类和转发，达到了预期目标。

关键词：网络处理器、交换网络、IP包分类、层次式二叉树

Abstract:

Basedonthenetworkprocessorplatform,thispaperstudiesthedesignandimplementationofhierarchicalswitchingnetworkIPpacketclassification.Firstly,thebasicconceptsandclassificationmethodsofswitchingnetworkareintroduced,andthentheexistingIPpacketclassificationalgorithmsareanalyzed,whichhavetheproblemsoflowefficiencyandpooradaptability.Inordertosolvetheseproblems,thispaperproposesanIPpacketclassificationalgorithmbasedonhierarchicalbinarytreeandelaboratesitsimplementationmethodindetail.Onthisbasis,anefficienthierarchicalswitchingnetworkisdesignedandsimulated,andtheresultsshowthattheproposedschemecanquicklyandaccuratelyclassifyandforwarddifferenttypesofIPpackets,achievingtheexpectedgoal.

Keywords:networkprocessor,switchingnetwork,IPpacketclassification,hierarchicalbinarytree

一、绪论

随着互联网的快速发展，网络带宽和业务量不断增加，交换网络在计算机网络中的地位变得越来越重要。IP（InternetProtocol）作为广泛应用的一种互联网协议，其数据包在交换网络中的分类和转发对于整个网络的性能和可靠性有着重要的影响。因此，IP包分类和转发技术一直是网络研究领域的热点之一。

目前，已有很多IP包分类算法被提出来，如最长前缀匹配、多维范围匹配、通配符匹配等。但是，这些算法都存在着一些问题，如时间复杂度高、空间复杂度大、规则更新困难、适应性差等。为了解决这些问题，本文提出了一种基于层次式二叉树的IP包分类算法，并在网络处理器平台上进行了实现。

本文的主要工作包括：首先介绍交换网络的分类方法，并分析现有的IP包分类算法的优缺点；其次，提出一种基于层次式二叉树的IP包分类算法，详细阐述其设计和实现方法；接着，设计一个高效的层次式交换网络，并进行仿真评测；最后，总结本文工作，展望未来研究方向。

二、交换网络的分类方法

交换网络是指通过交换技术将多个计算机或网络设备连接起来的网络，它可以根据其结构和操作方式进行分类。根据结构分类，交换网络可以分为电路交换网、包交换网和光纤交换网；根据操作方式分类，交换网络可以分为存储转发交换和直通式交换。

存储转发交换是指在交换节点上，先将到达的数据包存储在内存中，然后再进行分类和转发。这种交换方式可以支持不同的协议和速率，但由于需要存储和处理数据包，会对性能产生影响。而直通式交换则是指交换节点不存储数据包，而是通过物理连接直接转发数据包，具有高速和低延迟的特点，但在协议和速率兼容方面有一定局限性。在本文中，我们主要考虑存储转发交换方式。

三、现有的IP包分类算法

IP包分类算法是指将到达的IP数据包进行分类和转发的一种技术。现有的IP包分类算法主要包括最长前缀匹配、多维范围匹配、通配符匹配等。

最长前缀匹配算法是指通过对IP地址进行二进制前缀匹配，来确定