Relacje TCAM w architekturze przełączania sprzętu

Znam (na wysokim poziomie) sposób działania adresowanej pamięci Ternary Content, ale nadal jestem zdezorientowany co do tego, w jaki sposób TCAM odnosi się do układów ASIC i kiedy te komponenty ewentualnie łączą się również z procesorem w celu zwiększenia wydajności przełączania ... (szczególnie, gdy dostawcy często sprzedają takie zastosowanie kupca / niestandardowego krzemu lub niestandardowych układów ASIC dla nowych produktów i funkcji, wydaje się to mylące) .

Znam na przykład Cisco IOS z możliwości dzielenia więcej miejsca na wydajność TCAM dla funkcji takich jak qos, acl i wyszukiwanie tras. Rozumiem również, że funkcje takie jak NAT będą nadal opierać się na przetwarzaniu procesora, jednak mam szczególne problemy;

1. Czy TCAM jest częścią tej samej architektury sprzętowej, tj. Wewnętrznej czy zewnętrznej względem samego ASIC?
2. Czy TCAM są skalowalne (na przykład czy producenci mogą po prostu dodawać TCAM do platformy w celu zwiększenia wydajności i niestandardowych funkcji), czy też istnieje limit oparty na takich rzeczach, jak zużycie energii?
3. Czy cykle TCAM i ASIC działają w ogóle równolegle z procesorem dla funkcji takich jak NAT, czy powinienem myśleć o nich tylko jako o niezależnych rzeczach?

TCAM jest rodzajem pamięci, która wymaga 10-12 tranzystorów do przechowywania jednego bitu. Dla porównania, statyczna pamięć RAM ( SRAM ) wymaga tylko 6 tranzystorów do przechowywania jednego bitu, a dynamiczna pamięć RAM ( DRAM ) zajmuje jeden tranzystor i kondensator. Wszystkie te różne typy pamięci mogą być wewnętrzne lub zewnętrzne w stosunku do ASIC. Jednym z powodów umieszczenia wszystkich pamięci na chipie jest to, że można je uruchamiać z wyższą częstotliwością taktowania niż na zewnątrz układu. Dlaczego warto wybrać jeden rodzaj pamięci na inny? Ma to związek z charakterystyką pamięci, do SRAM można uzyskać dostęp za każdym razem, DRAM wymaga okresowego odświeżania, więc nie można uzyskać do niego dostępu za każdym razem, a TCAM daje trzystopniowe możliwości .

Moduły TCAM są skalowalne, o ile masz miejsce na układzie scalonym, aby je utworzyć, lub piny na pakiecie, aby połączyć się z zewnętrznymi. Problem z TCAM polega na tym, że zajmują 2x miejsca SRAM i 12x miejsca DRAM . Nie zawsze ma sens używanie TCAM do tych samych operacji, które można wykonywać algorytmicznie (skróty, * próby) z innymi typami pamięci. Sprowadza się to do kompromisu między efektywnością wykorzystania algorytmu a przestrzenią na chipie, na który należy wybrać. Zużycie energii przez TCAM rośnie proporcjonalnie do wielkości. Większość dużych TCAM (więcej niż 2 mln wpisów) wykorzystuje teraz techniki algorytmiczne, aby uzyskać oszczędności energii.

NAT / PAT to złożona funkcja, która zazwyczaj wymaga procesora lub procesora sieciowego (NPU) do obsługi napraw. Ogólny przepływ pakietów dla NAT jest taki, że pierwszy pakiet trafia do CPU / NPU, a pozycja przepływu jest instalowana w tabeli przepływu lub tabeli ACL z informacją, jak tłumaczyć kolejne pakiety w przepływie. Istnieje wiele różnych form NAT / PAT i tak samo wiele sposobów optymalizacji każdego z nich w układzie scalonym. Najprostszym NATem jest przepisanie adresów IP i nie martw się, jeśli zepsujesz adresy osadzone w ładunku, bez poprawek.

Istnieje kolejna wersja BRKARC-3466, która została zaprezentowana na CiscoLive 2013 w Melbourne, która obejmuje niektóre z pomysłów wysokiego poziomu za przeglądami, których brakuje w Orlando z 2013 roku. Dobrą książką na ten temat jest Network Algorytmics: Interdyscyplinarne podejście do projektowania szybkich urządzeń sieciowych autorstwa George'a Varghese.

ASIC można traktować jako rodzaj układu. Zwykle jest zbudowany w celu zrobienia czegoś w sprzęcie, co w innym przypadku byłoby możliwe przy użyciu oprogramowania. Dzięki temu Cisco może zbudować ASIC do wszystkiego, czego chce. W zależności od modelu przełącznika jest 1 lub wiele układów ASIC. TCAM to konstrukcja pamięci, ponieważ zwykle można ją znaleźć w systemach podwoziowych i jest implementowana jako 1 z wielu asics. TCAM jest używana do określonych funkcji wyszukiwania, takich jak routing (CEF) lub ACLS, więc jeśli ASIC nie musi wykonywać tego rodzaju wyszukiwania, działa osobno od TCAM. Z drugiej strony ASIC, które obsługują znakowanie QoS, działają ręka w rękę z TCAM. Poniższa prezentacja na temat Cisco Live omawia niektóre kompromisy projektowe i jest dobrym miejscem do szukania zrozumienia tego, co dzieje się w projektowaniu przełączników

BRKARC-3466 - Badanie inżynierii stojącej za budowaniem przełącznika (2013 Orlando) zawiera listy asics i wiele ogólnych informacji o projekcie przełącznika