• Proceedings of the Korean Information Science Society Conference
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• 2002.10e
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• pp.4-6
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• 2002

본 연구는 포워딩 테이블의 자료구조와 검색 알고리즘을 개선하여 고속 IP주소 검색을 구현하는 소프트웨어 기반의 연구로써 목적지 IP주소에서 검색할 길이를 결정한 후 길이별로 준비된 해시 테이블 검색을 통해 O(1)의 속도로 IP주소 검색을 실시할 수 있다. IP주소 검색은 목적지 IP주소와 다수의 포워딩 테이블 엔트리 중에서 가장 많은 비트가 일치하는 엔트리를 검색하는 과정으로 일반적인 완전일치 검색이 적용되기 어렵다. 본 연구에서는 포워딩 테이블 엔트리로 구성된 트라이를 기반으로 길이별 다중 해시 테이블을 구성하여 평균 O(log$_2$N),N=4 의 속도로 IP주소 검색을 한다. 이때 최악의 검색시간은 4회의 주 메모리 접근시간이며 더 빠른 검색을 위해 본 논문은 각 프리픽스의 첫 8비트를 키로 256개 그룹을 만들고 각 그룹별 최대 프리픽스 길이를 기록한 테이블을 캐쉬에 저장함으로써 길이별 해시 테이블 검색 시 N값을 99.9%의 확률로 3이하로 제한할 수 있다. 이것은 포워딩 테이블의 프리픽스 길이 분포에 의한 결과이며, 99.9%의 확률에서 최악의 검색시간을 3회의 주메모리 접근시간으로 할 수 있다. 주 메모리 접근시간 50㎱를 적용하면 150㎱의 검색속도는512B 패킷을 가정할 때 약 27Gb㎰의 검색속도를 지원할 수 있다.

• Journal of KIISE:Information Networking
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• v.30 no.2
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• pp.282-292
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• 2003

This paper proposes an efficient data structure for forwarding IPv4 and IPv6 packets at the gigabit speed in backbone routers. The LPM(Longest Prefix Matching) search becomes a bottleneck of routers' performance since the LPM complexity grows in proportion to the forwarding table size and the address length. To speed up the forwarding process, this paper introduces a data structure named BMT(Bit-Map Tie) to minimize the frequent main memory accesses. All the necessary search computations in BMT are done over a small index table stored at cache. To build the small index table from the tie representation of the forwarding table, BMT represents a link pointer to the child node and a node pointer to the corresponding entry in the forwarding table with one bit respectively. To improve the poor performance of the conventional tries when their height becomes higher due to the increase of the address length, BMT adopts a binary search algorithm for determining the appropriate level of tries to start. The simulation experiments show that BMT compacts the IPv4 backbone routers' forwarding table into a small one less than 512-kbyte and achieves the average speed of 250ns/packet on Pentium II processors, which is almost the same performance as the fastest conventional lookup algorithms.

• Journal of KIISE:Information Networking
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• v.28 no.2
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• pp.262-276
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• 2001

Recently much research for developing forwarding table that support fast router without employing both special hardware and new protocols. This article introduces a new forwarding data structure based on the software to enable forwarding lookup to be penormed at giga-bit speed. The forwarding table is known as a bottleneck of the routers penormance due to its high complexity proportional to the forwarding table size. The recent research that based on the software uses a Patricia trie and its variants. and also uses a hash function with prefix length key and others. The proposed forwarding table structure construct a forwarding table by the bit stream array in which it constructs trie from routing table prefix entries and it represents each pointer pointing the child node and the associated forwarding table entry with one bit The trie structure and routing prefix pointer need a large memory when representing those by linked-list or array. but in the proposed data structure, the needed memory size is small enough since it represents information with one bit. Additionally, by use a lookup method that start searching at desired middle level we can shorten the search path. The introduced data structure. called bit-map trie shows that we can implement a fast forwarding engine on the conventional Pentium processor by reducing the backbone routing table fits into Level 2 cache of Pentium II processor and shortens the searching path. Our experiments to evaluate the performance of proposed method show that this bit-map trie accomplishes 5.7 million lookups per second.

• Proceedings of the Korean Information Science Society Conference
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• 2002.10e
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• pp.1-3
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• 2002

백본 라우터에서의 최장 길이 프리픽스 검색(LPM: Longest Prefix Matching) 속도를 향상시키기 위해 활발히 연구된 방식들은 계산 량과 사용 메모리 량을 교환하는 방식들이다. 이러한 방식들은 성능향상을 위해서 대용량의 포워딩 테이블(Forwarding Table)을 캐쉬(Cache)에 저장할 수 있는 소용량 인덱스 테이블(Index Table)로 압축함으로써 고속 캐쉬 접근 회수와 그 계산량은 증가하는 대신 저속 메모리 접근 회수를 줄이는 방식이다.〔1〕본논문에서는 저속 메모리 사용량이 증가하는 반면 저속 메모리의 접근 빈도와 계산량을 동시에 감소시키는 FPLL(Fixed Prefix Length Lookup) 방식을 소개한다. 이 방식은 포워딩 엔트리(Entry)들을 프리픽스의 상위 비트(Bit)에 의해 그룹으로 나누고, 각 그룹에 속하는 엔트리들을 같은 길이로 정렬한다. FPLL에서의 LPM검색은 목적지 주소가 속하는 그룹들의 길이를 계산하여 검색할 최장 프리픽스의 길이를 미리 결정하고, 결정된 프리픽스를 키(key)로 하여 해시 테이블(Hash Table)로 구성된 포워딩 테이블에서 완전 일치(Exact Matching) 검색을 한다. 완전 일치 검색을 위해 같은 그룹에 속한 엔트리들을 정렬할 필요가 있는데 이 정렬을 위해 여분의 포워딩 테이블 엔트리가 생성된다. 3만개 엔트리를 갖는 Mae-West〔2〕 경우에, FPLL방식은 12만개 정도의 여분의 엔트리가 추가로 생성되는 대신에 1번 캐쉬 접근과 O(1)의 복잡도를 갖는 해시 테이블 검색으로 LPM 검색을 수행한다.

• Proceedings of the Korean Information Science Society Conference
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• 2000.04a
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• pp.329-330
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• 2000

기가비트 속도를 지원하는 고속 라우터의 IP 주소 검색은 소프트웨어로 구현할 수 없다는 일부의 믿음과는 달리 소프트웨어만으로도 고속 IP 주소 검색의 구현이 가능하다. 기가비트 라우터의 IP 주소 검색은 최장 프로픽스일치 기법을 사용하여 라우팅 엔트리를 검색하는데, 56Gbps 속도를 지원하기위해서는 평균 513byte의 패킷을 800 nsec 이하의 속도로 처리하여야 한다. 본 논문에서는 범용 펜티엄 프로세서의 캐쉬 크기에 적합한 고속 라우팅을 위한 포워딩 테이블 구조를 제안하였으며, 400 MHz의 페티엄 II 프로세서를 이용한 실험에서 초당 수백만개의 IP 주소 검색을 실현하였다. 제안된 포워딩 테이블은 약 48,000여개의 실제 라우팅 엔트리에 대해 284Kbyte의 매우 작은 크기로 작성되었는데, 이 크기는 펜티엄 프로세서의 L2 케쉬에 저장될 수 있는 작은 크기이다. 제안된 포워딩 테이블을 이용한 평균 검색 시간은 라우팅 테이블 별로 320~530 nsec가 소요되었다.

• Proceedings of the Korean Information Science Society Conference
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• 2001.10c
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• pp.361-363
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• 2001

본 논문은 IPv6 헤더의 플로우 레이블 필드를 이용한 레이블 포워딩 방법을 제안하고 이 방법을 기반으로 리눅스 운영체제에서 멀티캐스팅 라우팅 레몬과 유니 캐스팅 데몬과 구현하여 레이블 포워딩에 의한 유니 캐스트 및 멀티캐스트 전송을 구현하였다. 레이블을 이용한 포워딩은 라우팅 엔트리를 결정하기 위해 If주소 중 가장 많은 부분이 일치되는 엔트리를 찾는 방법(longest prefix match) 을 기본으로 하는 IP주소정색 방법에 비해, 짧은 레이블 값 전체가 일치하는 엔트리를 찾는 방법 (short label exact match)을 원칙으로 하고있어 상대적으로 빠른 속도로 라우팅 테이블을 검색할 수 있으며, 쉽게 QoS를 제공할 수 있는 구조를 제공한다. 실험을 통해 구현된 레이블 포워딩을 이용한 유니캐스트 및 멀티캐스트 전송이 잘 동작함을 확인하였고, 성능비교 실험을 통해 레이불 포워딩이 일반 IP 검색 포워딩 방법보다 더 좋은 성능을 발휘함을 확인할 수 있다.

• Journal of KIISE:Information Networking
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• v.36 no.1
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• pp.57-67
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• 2009

Packet forwarding in the Internet routers is to find out the longest prefix that matches the destination address of an input packet and to forward the input packet to the output port designated by the longest matched prefix. The IP address lookup is the key of the packet forwarding, and it is required to have efficient data structures and search algorithms to provide the high-speed lookup performance. In this paper, an efficient IP address lookup algorithm using binary search is investigated. Most of the existing binary search algorithms are not efficient in search performance since they do not provide a balanced search. The proposed binary search algorithm performs perfectly balanced binary search using switch pointers. The performance of the proposed algorithm is evaluated using actual backbone routing data and it is shown that the proposed algorithm provides very good search performance without increasing the memory amount storing the forwarding table. The proposed algorithm also provides very good scalability since it can be easily extended for multi-way search and for large forwarding tables

• Proceedings of the Korea Information Processing Society Conference
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• 2002.04b
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• pp.1297-1300
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• 2002

포워딩 엔진은 외부 인터페이스를 통해서 들어오는 패킷에 대해서 IP 주소를 기반으로 목적지로 향하는 다음 홉을 결정한다. 이러한 고속의 패킷 처리를 위한 포워딩 엔진을 설계함에 있어서 IP 주소 탐색은 중요한 요인이다. 본 논문에서는 검색경로 압축 트라이에 기반한 IP 주소 탐색 알고리즘을 병렬화 하는 기법을 제시한다. 제시된 병렬화를 통해서 IP 주소 탐색의 메모리 접근 횟수글 줄일 수 있으며, 고성능의 패킷 포워딩 엔진에 적용할 수 있다.

• The KIPS Transactions:PartA
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• v.11A no.5
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• pp.333-340
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• 2004

In order that routers forward a packet to its destination, they perform IP address lookup which determines the next hop according to the packet's destination address. In designing high speed routers, IP address lookup is an important issue. In order to design high speed routers, this paper proposes a parallel IP lookup scheme which consists of several IP lookup engines without any modification of already fabricated indirect IP lookup chipsets. Also, we propose a simple rule for partitioning IP prefix entries In an overall forwarding table among several IP lookup engines. And we evaluate the performance of the proposed scheme in terms of the memory size required for storing lookup information and the number of memory accesses on constructing the forwarding table. With additional hardware logics, the proposed scheme can reduce about 30% of the required memory size and 80% of the memory access counts.

• The Journal of Korean Institute of Communications and Information Sciences
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• v.31 no.5B
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• pp.378-389
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• 2006

An IP address lookup scheme has become a critical issue increasingly for high-speed networking techniques due to the advent of IPv6 based on 128bit. In this paper, a novel global IPv6 unicast address lookup scheme is proposed for next generation internet routers. The proposed scheme perform a variable multiple hashing based on prefix grouping. Accordingly, it should not only minimize overflows with the proper number of memory modules, but also reduce a memory size required to organize forwarding tables. It has the fast building and searching mechanisms for forwarding tables during only a single memory access. Besides, it is easy to update forwarding tables incrementally. In the simulation using CERNET routing data as a 6bone test phase, we compared the proposed scheme with a similar scheme using a uniform multiple hashing. As a result, we verified that the number of overflows is reduced by 50% and the size of memory for forwarding tables is shrunken by 15% with 8 tables.