Mối quan hệ TCAM trong kiến ​​trúc chuyển mạch phần cứng

Tôi quen thuộc với mức độ hoạt động của Bộ nhớ địa chỉ nội dung Ternary nhưng tôi vẫn bối rối về việc TCAM liên quan đến ASIC như thế nào và khi các thành phần này cũng có thể kết hợp với CPU để có hiệu suất chuyển đổi lớn hơn ... (đặc biệt là khi các nhà cung cấp thường sử dụng thị trường của người bán / silicon tùy chỉnh hoặc ASIC tùy chỉnh cho các sản phẩm và tính năng mới thì có vẻ khó hiểu) .

Tôi quen thuộc với Cisco IOS chẳng hạn với khả năng phân vùng nhiều không gian hơn cho hiệu suất TCAM cho các tính năng như qos, acl và tra cứu tuyến đường. Tôi cũng hiểu các tính năng như NAT vẫn sẽ dựa vào xử lý CPU, tuy nhiên tôi đặc biệt phải vật lộn với;

1. TCAM là một phần của cùng một kiến ​​trúc phần cứng, tức là bên trong hay bên ngoài với chính ASIC?
2. Các TCAM có thể mở rộng được không (ví dụ: các nhà sản xuất có thể tiếp tục thêm các TCAM vào một nền tảng để có hiệu suất cao hơn và các tính năng tùy chỉnh) hay có giới hạn dựa trên những thứ như tiêu thụ điện năng không?
3. Các chu trình TCAM và ASIC có hoạt động song song với CPU đối với các tính năng như NAT hay tôi chỉ nên nghĩ về chúng như những thứ độc lập?

TCAM là một loại bộ nhớ, cần 10-12 bóng bán dẫn để lưu trữ một bit. Bằng cách so sánh, RAM tĩnh ( SRAM ) chỉ mất 6 bóng bán dẫn để lưu trữ một bit đơn và RAM động ( DRAM ) cần một bóng bán dẫn và tụ điện. Tất cả các loại ký ức khác nhau này có thể là nội bộ hoặc bên ngoài đối với ASIC. Một lý do để đặt tất cả các bộ nhớ vào chip, là chúng có thể được chạy ở tốc độ xung nhịp cao hơn so với khi bên ngoài chip. Tại sao chọn một loại bộ nhớ hơn một loại khác? Điều này có liên quan đến đặc điểm của bộ nhớ, SRAM có thể được truy cập mỗi đồng hồ, DRAM yêu cầu làm mới định kỳ, do đó không thể truy cập mọi đồng hồ và TCAM cung cấp cho bạn khả năng tạm thời .

Các TCAM có khả năng mở rộng miễn là bạn có không gian trên chip để khởi tạo chúng hoặc các chân trên gói để kết nối với các bên ngoài. Vấn đề với TCAM là họ mất gấp đôi dung lượng SRAM và 12 lần dung lượng DRAM . Không phải lúc nào cũng có ý nghĩa khi sử dụng TCAM cho cùng các hoạt động mà bạn có thể thực hiện chúng theo thuật toán (Băm, * thử) với các loại bộ nhớ khác. Nó đi đến sự đánh đổi giữa hiệu quả sử dụng của thuật toán và không gian trên chip mà bạn chọn. Việc sử dụng năng lượng của TCAM tăng theo tỷ lệ tuyến tính theo kích thước. Phần lớn các TCAM lớn (lớn hơn 2 triệu mục) hiện sử dụng các kỹ thuật thuật toán để có thể đạt được mức tiết kiệm điện.

NAT / PAT là tính năng phức tạp, thường cần CPU hoặc Bộ xử lý mạng (NPU) để xử lý các bản sửa lỗi. Luồng gói chung cho NAT là gói đầu tiên chuyển đến CPU / NPU và một mục nhập luồng được cài đặt trong bảng lưu lượng hoặc bảng ACL với thông tin về cách dịch các gói tiếp theo trong luồng. Có nhiều dạng NAT / PAT khác nhau và cũng giống như nhiều cách để tối ưu hóa từng dạng trong một con chip. NAT đơn giản nhất đang viết lại IP và đừng lo lắng nếu bạn phá vỡ các địa chỉ được nhúng trong tải trọng, không có bản sửa lỗi.

Có một phiên bản khác của BRKARC-3466 đã được trình bày tại CiscoLive 2013 ở Melbourne, bao gồm một số ý tưởng cấp cao đằng sau việc tra cứu, điều còn thiếu từ phiên bản Orlando 2013. Một cuốn sách tham khảo hay về lĩnh vực này là Thuật toán mạng: Phương pháp tiếp cận liên ngành để thiết kế các thiết bị nối mạng nhanh của George Varghese.

ASIC có thể được coi là một loại chip. Nó thường được xây dựng để làm một cái gì đó trong phần cứng mà nếu không thì sẽ là phần mềm. Vì vậy, Cisco có thể xây dựng một ASIC cho bất cứ điều gì nó muốn. Tùy thuộc vào mô hình của công tắc có 1 hoặc nhiều ASIC. TCAM là một thiết kế bộ nhớ vì nó thường được tìm thấy trên các hệ thống khung gầm, nó được triển khai như là một trong nhiều asics. TCAM được sử dụng cho các chức năng tra cứu cụ thể như định tuyến (CEF) hoặc ACLS, vì vậy nếu ASIC không cần thực hiện loại tra cứu đó thì nó hoạt động tách biệt với TCAM. Mặt khác, các ASIC xử lý QoS đánh dấu công việc trong tay với TCAM. Bài thuyết trình dưới đây trên cisco live thảo luận về một số sự đánh đổi trong thiết kế và một nơi tốt để xem để hiểu về những gì đi vào thiết kế chuyển đổi

BRKARC-3466 - Khám phá kỹ thuật đằng sau việc tạo ra một công tắc (2013 Orlando), nó chứa danh sách các asics và rất nhiều thông tin thiết kế công tắc chung