支持OpenFlow协议的TCAM芯片介绍

SDNLAB君

• 【TCAM介绍】当前商业芯片对OpenFlow的支持最欠缺的表现在:流表大小、流表数量、流表动作三方面。如严格按照OpenFlow标准，则流表只能用TCAM来实现。那我们简单讨论下什么是TCAM？为什么需要用TCAM来实现流表？
• 【TCAM介绍】TCAM是ternary content addressable memory的缩写，中文是:三重内容可寻址内存。一般memory是根据地址来访问存储的内容，而TCAM恰好相反，它是根据内容去找到地址。一般的memory中每个bit都只能表示两个值:0或1,而TCAM每个bit可表示三个值:0，1和X，X表示don't care。
• 【TCAM介绍】TCAM之所以一个bit能表示三个值，原因是它的一条entry其实在物理上由两条entry组成，一条存放data，另外一条存放相应的mask。由此可以实现0/1/X的表示。有了TCAM,就可支持各种LOOKUP KEY的任何组合查找，任意地MASK掉任何不关心的字段。只有TCAM可以做这样的事情，HASH不行。
• 【TCAM介绍】如果有多条TCAM ENTRY都能匹配上，TCAM优先选择INDEX最小的那一条。TCAM的查找效率与深度无关，也就是说，无论表项多大，查找速度是一样的，这跟TCAM的硬件实现方式有关系。
• 【TCAM介绍】TCAM可内置在芯片里面，也可外挂在芯片之外，芯片通过接口去访问。但是内置TCAM比较占芯片面积，一条TCAM ENTRY至少抵得上5条DRAM/SRAM ENTRY,如果芯片内部放了太大的TCAM会导致芯片成本和功耗直线上升。所以一般芯片都不会内置太大TCAM。
• 【TCAM介绍】外挂TCAM的成本和功耗一样很大，甚至比ASIC芯片本身还要贵，而且如果一个报文要访问外部TCAM多次的话，受限于TCAM接口速率，会导致无法线速。所以交换机一般都不会使用外挂TCAM。
• 【TCAM介绍】普通交换机中的ACL功能必须使用TCAM，所以内置TCAM省不掉，而对于路由，如果也必须使用TCAM的话，路由表项做不大。正因为TCAM的高成本和高功耗。所以现在最新的商业芯片已经开始使用算法来支持路由了，盛科的GreatBelt芯片是最早使用算法来做路由的商业芯片。
• 【TCAM介绍】如果OpenFlow交换机必须使用TCAM的话，成本和功耗会居高不下，自然会影响OF交换机的推广。盛科在ONS 2013上获得SDN IDOL的V350,就是针对这一点做了创新。 GreatBelt芯片采用了N-FLOW技术，TCAM+HASH相结合，HASH采用哪种KEY是可配的，HASH FLOW高达64K。
• 【TCAM介绍】TCAM entry size一般有多种，如某著名厂家的:single, double, quad三种宽度，single只能放一点L2或者L3的常用字段，double可以放大部分L2或L3或常用的L2+L3字段，而quad则可放基本上所有字段。要完全满足Openflow的灵活需求，至少要quad，他们这个做法仅适用于ACL。
• 【TCAM介绍】假设TCAM entry宽度全部配置成single可以支持N条的话，那么配制成double就可以支持N/2, 配制成quad就可以支持N/4.这就是为什么有的设备厂商宣称他们支持N条flow，但是实测只有N/2,或者N/4，因为他们都按照最理想情况宣称，但是实际测试的时候，人家都用最坏情况测试。
• 【TCAM介绍】盛科芯片内置的使用IBM技术的TCAM，功耗可做到很低。在entry宽度上也跟其它厂家有所不同，设计了四种宽度:80/160/320/640bits。常用L2 or IPv4字段用80就可以，完整的L2 or IPv4用160，完整的L2+L3 or IPv6用320,完整的L2+IPv6用640,在字段组合上也不同，更注重灵活性。