ارایه الگوریتم جستجوی اسکالر به منظور یافتن طولانی ترین پیشوند در شبکه ip

یکی از مهمترین الگوریتم های اجرا شده در یک مسیریاب ip، الگوریتم جستجوی پیشوند است که به منظور یافتن پورت خروجی به ازای هر بسته ورودی به کار می رود. در یک مسیریاب ip، به ازای هر بسته ورودی، آدرس ip مقصد آن استخراج می شود. سپس طولانی ترین پیشوند منطبق شونده با آن از بین مجموعه پیشوندهایی که در جدول مسیریابی ذخیره شده اند، انتخاب می گردد. با توجه به نرخ رشد سرعت و همچنین نرخ تغییرات در مسیر های ارتباطی، همواره تلاش شده است زمان های جستجو و به روزسازی تدریجی جداول تا اندازه ممکن بهبود یابد. در این راستا، الگوریتم های مختلفی پیشنهاد شده است که برای نمونه میتوان به روش های مبتنی بر استفاده از درخت های trie اشاره کرد. از آنجا که کارایی این روش ها در جستجو و به روزسازی، عمدتاً تابعی از طول آدرس ip است و یا در بعضی موارد نیاز به حافظه نسبتاً بالایی دارند، روش های جایگزینی پیشنهاد شده است که در معمولترین آن ها یک پیشوند به صورت بازه ای از آدرس های ip در نظر گرفته می شود. با وجود این که پیچیدگی جستجو و به روز سازی جداول در این روش ها از طول آدرس ip مستقل است، این نحوه از در نظر گرفتن پیشوندها می تواند باز به حجم بالای حافظه مصرفی یا زمان غیر بهینه جستجو برای یافتن طولانی ترین پیشوند منطبق شونده یا به روز سازی پیشوندها منجر شود. در این رساله، مفهومی جدید برای پردازش، ذخیره سازی و مقایسه پیشوندها ارائه می شود که بر خلاف روش های قبلی، هر پیشوند را به صورت یک عدد قابل مقایسه با دیگر پیشوندها در نظر می گیرد. خواص ایجاد شده از این نحوه برخورد با پیشوندها و ذخیره آن ها، به تسریع همزمان عملیات جستجو و به روز سازی جداول مسیریابی می انجامد که در الگوریتم های موجود نادر است به صورتی که روش پیشنهادی و نسخه بهبود یافته آن، قابلیت ذخیره سازی پیشوندها بر روی درخت های متوازن با حداکثر ارتفاع (o(log n را برآورده می سازند. به عنوان یک مزیت، این ساختارها زمان جستجو و به روز سازی تدریجی پیشوندها را که نتیجه ای از تعداد دسترسی به گره های درخت است، به (o(log n محدود می سازند که در آن n تعداد پیشوندهاست. همچنین ایده پیشنهادی توسط مفهوم جدیدی از رابطه های ترتیب، به صورت ریاضی مدل شده است. علاوه بر این، یک حد پایین برای حافظه مورد نیاز در کد کردن مجموعه ای از پیشوندها ارائه شده است. در پایان، کارایی الگوریتم های پیشنهادی با بعضی راه حل های جدید موجود مقایسه شده است.