作者：冯渊 赵琳 　

摘要：提出了一种分布式的PlM—SM组播实现方案。将PIM—SM控制平面与数据平面功能分离，数据平面功能利用TCAM+FPGA的硬件方式实现，达到快速数据转发的目的，控制平面功能由软件在主控完成，数据平面与控制平面之间通过高速内部网络进行通信。经过实际的测试表明，该方案在保证协议功能一致性的前提下，能够大大提高组播教据转发性能，使数据达到10G接口的线速转发能力，是一种高效可行的PIM—SM组播实现方案。

关键词：分布式P1M—SM组播TCAM+FPGA线速转发

在宽带网络的建设和运营中，业务是先导和核心。其中组播业务作为最具潜力的未来业务之一，已经得到了前所未有的重视。IP组播技术具有独特的优越性：在组播网络中，即使用户数量成倍增长，主干带宽也不需要随之增加。随着宽带技术的不断发展，FTP、HTTP、SMTP等传统的数据业务已无法满足人们对信息的需求，而视频点播、远程教学、新闻发布、网络电视等将成为各大运营商争相发展的新型业务，这些业务都可以利用组播实现，使得IP组播技术成为当前网络技术中的研究热点之一。为此，人们开发了多种组播路由协议来支持组播的应用，而HM-SM是目前应用最广泛、功能最强大的一种，适合广域网环境下用户比较分散的组播业务的开展。美国UC-Berkeley最早于1990年初开始在MBone上研究基于组播的协同环境，国内也于20世纪90年代后期开始研究和应用组播视频会议。2004年4月，在CE]RNET主干网络8个城市10个地区主节点之间成功配置了全程组播(Native multicast)。2003年SARS之后，开始向38个省级主节点扩展，其中主要实现了基于PIM-SM的组播视频会议业务。实现高性能PIM-SM组播将会对未来实现大规模组播应用产生深远而重要的影响。

PIM-SM组播通常采用纯软件或者利用ASIC、NP等硬件方式转发。纯软件方式常用于中低端路由器，在转发性能七难以满足核心路由器的要求；由于PIM-SM协议还未完全定型，ASIC转发方式难以更新升级，并且开发周期长不适合在研发阶段采用；而NP方式虽然开发效率高但技术成熟度低。为此，本文提出了一种PIM-SM分布式实现方案。该方案以笔者研发的T比特级路由器为平台，将PIM-SM控制平面与数据平面分离，控制平面在路由器的主控上利用软件方式实现，而数据平面利用TCAM+FPGA的方式在路由器的转发子系统上实现。考虑到路由查表的特性，将转发表存放在商用TCAM芯片中，可以充分利用TCAM的关键字查找优势，利用FPCA程序实现转发处理逻辑。这样的设计方式开发简单，成本较低，灵活性强。其实现模型如图1所示。

1 实现难点分析

考察近几年的路由器技术发展，单播路由协议采用硬件转发、软件维护已经不是新的方案。这是因为单播路由表类型比较单一，存放的是下一跳、网络度量、出接口等固定长度的信息，而且协议控制平面与数据平面功能划分清晰。数据平面只用来转发而不影响协议机制的运行，它使用的转发表只需要简单的目的地址和出接口信息(只有一个)，其工作就是对到来的数据包进行目的地址的匹配，然后根据匹配结果直接转发即可。因此，单播协议的转发功能采用硬件方式实现较容易，只需简单的硬件转发表和判定逻辑对数据进行处理，然后交给调度模块直接输出即可。

PIM-SM实现方案的设计可以借鉴单播路由协议的硬件转发模式。但是，它实现硬件转发比单播协议硬件转发困难得多。其主要困难如下：

(1)组播转发过程较为复杂，输入输出项多且输出项不定长。PIM-SM组播路由协议的路由表项类型不单一．多达四种且有匹配优先顺序，数据包的匹配查找逻辑相当复杂。

(2)组播转发表容量庞大，表项宽。受器件水平的限制，硬件实现方案中可能根据可用器件的情况设计多级转发表，而多级查表又限制了硬件实现方案速度优势的发挥。

(3)与单播转发相比，数据包需要硬件复制和交换转发。组播转发不仅大大增加了路由器转发模块的复杂度，而且还增加丁调度模块和接口模块的复杂度。

(4)一些利用软件容易解决的问题，可能利用硬件实现就比较困难，例如转发查表、RPF检查、数据驱动报文处理等。

(5)组播路由协议尚不完善，组播应用还未