하드웨어 전환 아키텍처의 TCAM 관계


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Ternary Content Addressable Memory의 작동 방식에 대해 잘 알고 있지만 TCAM과 ASIC의 관계 및 이러한 구성 요소가 CPU와 결합하여 스위칭 성능을 향상시킬 수있는 시점에 대해 혼란스러워 합니다. 가맹점 / 맞춤형 실리콘 또는 새로운 제품 및 기능을위한 맞춤형 ASIC의 경우 혼동되는 것처럼 보입니다) .

예를 들어 qos, acl 및 route 조회와 같은 기능을 위해 TCAM 성능을 위해 더 많은 공간을 분할 할 수있는 기능에 대해 Cisco IOS에 익숙합니다. NAT와 같은 기능은 여전히 ​​CPU 처리에 의존하지만, 특히 어려움을 겪고 있음을 이해합니다.

  1. TCAM은 동일한 하드웨어 아키텍처의 일부입니까 (예 : ASIC 자체의 내부 또는 외부)?
  2. TCAM을 확장 할 수 있습니까 (예 : 제조업체가 성능 및 사용자 정의 기능을 향상시키기 위해 TCAM을 플랫폼에 계속 추가 할 수 있습니까) 또는 전력 소비와 같은 것들에 따라 제한이 있습니까?
  3. NAT와 같은 기능에 대해 TCAM주기와 ASIC이 CPU와 전혀 병렬로 작동합니까? 아니면 독립적 인 것으로 생각해야합니까?

답변:


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TCAM 은 단일 비트를 저장하기 위해 10-12 개의 트랜지스터가 필요한 메모리 유형입니다. 이에 비해 SRAM (Static RAM )은 단일 비트를 저장하는 데 6 개의 트랜지스터 만 사용하고 DRAM (Dynamic RAM )은 하나의 트랜지스터와 커패시터를 사용합니다. 이러한 모든 다른 유형의 메모리는 ASIC 내부 또는 외부에있을 수 있습니다. 모든 메모리를 칩에 배치하는 한 가지 이유는 칩 외부에있을 때보 다 더 높은 클럭 속도로 실행될 수 있기 때문입니다. 왜 한 유형의 메모리를 다른 유형의 메모리보다 선택해야합니까? 이것은 메모리의 특성과 관련이 있으며, SRAM 은 모든 클럭에 액세스 할 수 있고, DRAM 은 주기적으로 새로 고침해야하므로 모든 클럭에 액세스 할 수 없으며 TCAM3 진 기능을 제공합니다 .

칩을 인스턴스화 할 공간이 있거나 외부를 연결하기 위해 패키지의 핀이있는 한 TCAM 은 확장 성이 뛰어납니다. TCAM 의 문제 는 SRAM의 2 배 공간과 DRAM의 12 배 공간을 차지한다는 것 입니다. 다른 메모리 유형으로 알고리즘 적으로 (해시, * 시도) 수행 할 수있는 동일한 조작에 TCAM 을 사용하는 것이 항상 의미가있는 것은 아닙니다 . 알고리즘의 활용 효율성과 칩에서 선택할 수있는 공간 사이의 균형을 맞 춥니 다. TCAM 의 전력 사용은 크기에 비례하여 증가합니다. 대부분의 대형 TCAM (2M보다 큰 항목)은 이제 알고리즘 기술을 사용하여 전력 절약을 달성 할 수 있습니다.

NAT / PAT는 복잡한 기능으로 일반적으로 수정을 처리하기 위해 CPU 또는 네트워크 프로세서 (NPU)가 필요합니다. NAT의 일반적인 패킷 흐름은 첫 번째 패킷이 CPU / NPU로 이동하고 흐름 항목은 흐름의 후속 패킷을 변환하는 방법에 대한 정보와 함께 흐름 테이블 또는 ACL 테이블에 설치됩니다. NAT / PAT에는 여러 가지 형태가 있으며 칩에서 각각을 최적화하는 여러 가지 방법이 있습니다. 가장 간단한 NAT는 IP를 다시 작성하며 페이로드에 포함 된 주소를 고칠 필요없이 걱정하지 않아도됩니다.

멜버른의 CiscoLive 2013에서 발표 된 BRKARC-3466의 또 다른 버전이 있으며, 2013 Orlando에서 누락 된 일부 고급 검색 아이디어를 다루고 있습니다. 이 분야에 대한 좋은 참고서로는 네트워크 알고리즘 : George Varghese의 고속 네트워크 장치 설계를위한 학제 ​​간 접근 방법이 있습니다.


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ASIC은 일종의 칩으로 생각할 수 있습니다. 일반적으로 소프트웨어에서 수행되는 다른 작업을 수행하기 위해 빌드됩니다. 따라서 Cisco는 원하는대로 ASIC을 구축 할 수 있습니다. 스위치 모델에 따라 하나 이상의 ASIC이 있습니다. TCAM은 일반적으로 많은 asics 중 하나로 구현되는 섀시 시스템에서 발견되므로 메모리 설계입니다. TCAM은 라우팅 (CEF) 또는 ACLS와 같은 특정 조회 기능에 사용되므로 ASIC이 이러한 종류의 조회를 수행 할 필요가없는 경우 TCAM과 별도로 작동합니다. 반면에 QoS 마킹을 처리하는 ASIC은 TCAM과 함께 장갑을 끼칩니다. 시스코 라이브에 대한 아래의 프레젠테이션은 일부 디자인 트레이드 오프에 대해 설명하고 스위치 디자인에 무엇이 들어가는 지 이해하기에 좋은 곳입니다.

BRKARC-3466-스위치 제작의 엔지니어링 탐구 (2013 Orlando)에는 아식스 목록과 많은 일반 스위치 설계 정보가 포함되어 있습니다.

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