ハードウェアスイッチングアーキテクチャにおけるTCAM関係


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Ternary連想メモリがどのように動作するかはよく知っていますが(高レベル)、TCAMがASICにどのように関連しているか、およびこれらのコンポーネントがCPUと組み合わされてスイッチングパフォーマンスを向上させる可能性があるかどうかについて混乱しています(特に、ベンダーが頻繁に使用を販売している場合)。販売者/カスタムシリコン、または新製品や機能向けのカスタムASICの場合、混乱を招くように見えます)

たとえば、QoS、ACL、ルートルックアップなどの機能のTCAMパフォーマンス用により多くのスペースを分割する機能など、Cisco IOSに精通しています。また、NATなどの機能は引き続きCPU処理に依存することも理解していますが、特に苦労しています。

  1. TCAMは同じハードウェアアーキテクチャの一部ですか、つまりASIC自体の内部または外部ですか。
  2. TCAMはスケーラブルですか(たとえば、メーカーはTCAMをプラットフォームに追加し続けるだけでパフォーマンスとカスタム機能を向上させることができますか)、または消費電力などに基づいて制限がありますか?
  3. TCAMサイクルとASICは、NATなどの機能に対してCPUとまったく並行して機能しますか、それとも独立したものとしてのみ考えるべきですか?

回答:


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TCAMはメモリの一種で、1ビットを格納するために10〜12個のトランジスタが必要です。比較として、スタティックRAM(SRAM)は1つのビットを格納するために6つのトランジスタしか必要とせず、ダイナミックRAM(DRAM)は1つのトランジスタとコンデンサを必要とします。これらのさまざまなタイプのメモリはすべて、ASICの内部または外部にあります。すべてのメモリをチップ上に配置する1つの理由は、メモリをチップの外部よりも高いクロックレートで実行できることです。なぜあるタイプのメモリを別のタイプのメモリよりも選ぶのですか?これはメモリの特性と関係があり、SRAMはすべてのクロックにアクセスでき、DRAMは定期的なリフレッシュを必要とするため、すべてのクロックにアクセスできず、TCAM3値機能を提供します。

TCAMは、それらをインスタンス化するためのチップ上のスペース、または外部のチップに接続するためのパッケージのピンがある限り、スケーラブルです。TCAMの問題は、SRAMの 2倍のスペースと、DRAMの 12 倍のスペースを取ることです。他のメモリタイプでアルゴリズム的に実行できるのと同じ操作(ハッシュ、*トライ)にTCAMを使用することが常に意味があるとは限りません。アルゴリズムの使用効率と、選択するチップ上のスペースとの間のトレードオフになります。TCAMの電力使用量は、サイズに比例して増加します。大規模なTCAM(2Mエントリを超える)の大部分は、アルゴリズム技術を使用して、省電力を実現できるようになりました。

NAT / PATは複雑な機能であり、フィックスアップを処理するには一般にCPUまたはネットワークプロセッサ(NPU)が必要です。NATの一般的なパケットフローは、最初のパケットがCPU / NPUに送信され、フローエントリがフローテーブルまたはACLテーブルにインストールされ、フロー内の後続のパケットを変換する方法に関する情報が含まれます。NAT / PATには複数の異なる形式があり、チップ内のそれぞれを最適化する方法と同じくらい多くの方法があります。最も単純なNATはIPを書き換えることであり、フィックスアップではなく、ペイロードに埋め込まれたアドレスを壊しても心配しないでください。

2013年のOrlandoのものにはないルックアップの背後にあるハイレベルのアイデアのいくつかをカバーするメルボルンのCiscoLive 2013で発表されたBRKARC-3466の別のバージョンがあります。この領域に関する優れた参考書は、ネットワークアルゴリズム:ジョージバルゲーゼによる高速ネットワークデバイスの設計への学際的アプローチです。


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ASICは一種のチップと考えることができます。通常は、ハードウェアで何かを行うために構築されますが、そうでなければソフトウェアで行われます。したがって、シスコは必要なあらゆるものに対応するASICを構築できます。スイッチのモデルに応じて、1つまたは多数のASICがあります。TCAMは、多くのasicsの1つとして実装されているシャーシシステムに通常見られるため、メモリ設計です。TCAMはルーティング(CEF)やACLSなどの特定のルックアップ機能に使用されるため、ASICがそのようなルックアップを行う必要がない場合、TCAMとは別に機能します。一方、QoSマーキングを処理するASICは、TCAMと連携して機能します。以下のcisco liveでのプレゼンテーションでは、設計のトレードオフのいくつかについて説明し、スイッチの設計に何が入るのかを理解するために検討するのに最適な場所です。

BRKARC-3466-スイッチの作成の背後にあるエンジニアリングの調査(2013 Orlando)には、アシックスのリストと多くの一般的なスイッチ設計情報が含まれています

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