Зв'язки TCAM в архітектурі комутації апаратних засобів

Мені знайоме (високий рівень) з тим, як працює термінальна адресна пам'ять вмісту, але я залишаюся розгубленою щодо того, як TCAM відноситься до ASIC і коли ці компоненти, можливо, також поєднуються з процесором для більшої продуктивності комутації ... (особливо, коли постачальники часто продають це використання торгового / користувальницького кремнію або користувацьких ASIC для нових продуктів та функцій, то це здається заплутаним) .

Мені добре відомо в IOS Cisco, наприклад, з можливістю розділити більше місця для продуктивності TCAM для таких функцій, як qos, acl і пошук маршрутів. Я також розумію, що такі функції, як NAT, все ще будуть покладатися на обробку процесора, однак я спеціально борюся;

1. Чи є частиною тієї самої апаратної архітектури TCAM, тобто внутрішньої чи зовнішньої для ASIC?
2. Чи масштабовані TCAM (наприклад, чи можуть виробники просто додавати TCAM до платформи для підвищення продуктивності та спеціальних функцій) чи існує обмеження, засноване на таких речах, як споживання енергії?
3. Чи цикли TCAM і ASIC взагалі працюють паралельно з процесором для таких функцій, як NAT, чи я повинен вважати їх лише незалежними речами?

TCAM - це тип пам’яті, який потребує 10-12 транзисторів для зберігання одного біта. Для порівняння, для статичної оперативної пам’яті ( SRAM ) потрібно лише 6 транзисторів для зберігання одного біта, а динамічна оперативна пам’ять ( DRAM ) приймає один транзистор і конденсатор. Всі ці різні типи пам'яті можуть бути як внутрішніми, так і зовнішніми для ASIC. Однією з причин розмістити всі пам'яті на мікросхемі, є те, що вони можуть бути запущені з більш високою тактовою частотою, ніж коли є зовнішньою для чіпа. Навіщо вибирати один тип пам'яті над іншим? Це пов'язано з характеристиками пам'яті, до SRAM можна отримати доступ щодня, DRAM вимагає періодичного оновлення, тому не можна отримувати доступ до кожного годинника, а TCAM надає можливість потрійного доступу .

TCAM є настільки масштабованими, доки у вас є місце на мікросхемі, щоб інстанціювати їх, або шпильки в пакеті для підключення до зовнішніх. Проблема з TCAM полягає в тому, що вони займають 2x простір SRAM і 12x простір DRAM . Не завжди має сенс використовувати TCAM для тих же операцій, що ви можете їх алгоритмічно виконувати (хеші, * спроби) з іншими типами пам'яті. Це зводиться до компромісу між ефективністю використання алгоритму та простором на чіпі, на якому вибрати. Використання енергії TCAM зростає в лінійній пропорції до розміру. Більшість великих TCAM s (більше 2M записів) зараз використовують алгоритмічні методи, щоб досягти економії енергії.

NAT / PAT - це складна функція, яка, як правило, потребує процесора або мережевого процесора (NPU) для обробки виправлень. Загальний потік пакетів для NAT спочатку пакет передається CPU / NPU, а запис потоку встановлюється в таблиці потоків або таблиці ACL з інформацією про те, як перекласти наступні пакети в потоці. Існує безліч різних форм NAT / PAT, і так само багато способів оптимізації кожної з мікросхем. Найпростіший NAT - перезаписати IP-адреси, і не хвилюйтеся, якщо ви порушите адреси, вбудовані в корисну навантаження, без виправлень.

Існує ще одна версія BRKARC-3466, яка була представлена ​​на CiscoLive 2013 у Мельбурні, яка охоплює деякі ідеї високого рівня, що стоять за переглядами, чого немає в Орландо 2013 року. Хороший довідник з цієї області - мережева алгоритмія: міждисциплінарний підхід до проектування швидких мережевих пристроїв Джорджа Варгезе.

ASIC можна розглядати як своєрідну фішку. Зазвичай він побудований для того, щоб зробити щось апаратне, що в іншому випадку було б зроблено програмне забезпечення. Тож Cisco може створити ASIC для всього, що хоче. Залежно від моделі вимикача є 1 або багато ASIC. TCAM - це конструкція пам'яті, оскільки вона зазвичай зустрічається на системах шасі, вона реалізована як 1 з багатьох асиків. TCAM використовується для певних функцій пошуку, таких як маршрутизація (CEF) або ACLS, тому якщо ASIC не потребує такого виду пошуку, він працює окремо від TCAM. З іншого боку, ASIC, які обробляють QoS-маркування, працюють в рукавиці з TCAM. У поданій нижче презентації на сайті cisco в прямому ефірі обговорюються деякі дизайнерські компроміси, і гарне місце для пошуку, щоб зрозуміти, що стосується перемикання дизайну

BRKARC-3466 - Дослідження техніки, що стоїть на шляху вимикача (2013 р. Орландо), вона містить переліки асиків та багато загальної інформації про дизайн комутаторів.