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学习思科的设备，只会配置命令是不行的，它最基本的一些交换方式还是要了解一下的
一、 switching mode 有很多种,每种模式都有其特别的针对性,理解它们的不同对于我们合理的应用有着非常重要的意义.另外还有些QOS和Security技术需要特定的Switching mode.具体分析如下: 1 Process Switching 这是一种最基本的交换模式,在这种模式下,一条数据流(flow)中的第一个包(packet)将被置入系统缓存(system buffer).其目的地址将会拿到路由表中去查询比对,路由器的处理器(CPU or Processer)同时将进行CRC校验,检查包是否正确.然后数据包的二层MAC地址将会被重写,替换为下一跳接口的MAC地址. 这样的过程将会继续,对这条数据流(flow)中的第2个、第3个数据包……相同的操作,包括查询路由表、重写MAC地址,CRC校验等. 这种方式无疑是延迟最大的,因为它要利用system buffer以及processor去处理每个收到的包.但是我们仍然有机会使用这种交换方式,比如在进行基于每个包的负载分担时,或是debug ip packet时. 提了这么多,如何打开process switching?因为默认情况下,思科路由器会启用fast switching或optimum switching或是cef switching,而不是process switching,所以我们只能通过:no ip route-cache来禁用fast switching,这在另一种意义上正是开启process switching. 2 、Fash Switching 快速交换要优于process switching,它采用了route cache(路由缓存)来存储关于某条数据流(flow)的特定信息,当然会包括诸如目的MAC地址,目的接口等内容.这时我们只需要对一条数据流(flow)中的第一个包做process switching,并把信息存入cache,所有后续数据包,可以不必再中断system processor去执行查询等操作,直接从cache中提取目的接口,目的MAC地址等,这样大大加速了包转发速度. fast switching在某些资料上可能被称为route-cache switching 思科1600、1700、2500、2600系列路由器的ethernet、fast ethernet、serial接口默认采用的就是fast switching. 我们可以用ip route-cache命令,在接口上启用fast switching show ip cache来检查fast switching的相关信息. 3 、Optimum and Distributed Switching 这两种交换模式,从原理上来讲都与fast switching极为相似,比如optimum switching其实采用了一种经过优化的交换缓存(optimumed switching cache),它的速度要较平常cache要快. distributed switching mode需要使用Versatile Interface Card这种硬件卡,又称VIP card.它会自已保存一份route cache,这样在查询时就不必要等待使用共享的系统缓存了(shared system buffer),无论相对于fast switching还是optimum switching来讲,都是比较快的. 这两种模式一般只在思科高端设备上有所应用,比如7200系列路由器.或者12000系列路由器. 命令:ip route-cache optimum show ip cache optimum 4 、Netflow switching 这种模式是最值得参考的,它完全基于其它switching mode,重点在于对流经的数据包进行计费、监控、网管.但不得不提的是,这种模式因为也要存储相关信息,经过统计,大致65536条数据流(flow)会耗费4MB的system buffer. 相关命令: ip route-cache flow show ip cache flow ip flow-export 将NETFLOW审计的数据包转发到指定设备. 5 、Cisco Express Forwarding 思科CEF是最为高效的一种三层协议,很多人容易对CEF产生误解,所以我们仍然要说明它的来原. CEF采用了基于硬件的平台,它不仅仅是将数据都存入system buffer,而是将整个路由表、拓扑表,以及所有的下一跳地址、MAC地址全部进行"预存",只要路由表、拓扑表中存在的条目,无论是否有数据请求发往其目的地址,都会提前预读取,预设置缓存.这样,当有新的数据请求发送时,就不需要CPU去查询目的接口,目的MAC地址等等信息,而是直接从缓存中读取,从而使转发速度得以大大提高. 相关命令:ip route-cache cef show ip cef show ip cef detail 二、ＣＥＦ特快交换基本原理
1.ＣＥＦ部件
ＣＥＦ是一种高级的第三层交换技术，它主要是为高性能、高伸缩性的第三层ＩＰ骨干网交换设计的。为优化包转发的路由查找机制，ＣＥＦ定义了两个主要部件：转发信息库（Forwarding Information base）和邻接表（Adjacency Table）。
转发信息库（ＦＩＢ）是路由器决定目标交换的查找表，ＦＩＢ的条目与ＩＰ路由表条目之间有一一对应的关系，即ＦＩＢ是ＩＰ路由表中包含的路由信息的一个镜像。由于ＦＩＢ包含了所有必需的路由信息，因此就不用再维护路由高速缓存了。当网络拓扑或路由发生变化时，ＩＰ路由表被更新，ＦＩＢ的内容随之发生变化。
ＣＥＦ利用邻接表提供数据包的ＭＡＣ层重写所需的信息。ＦＩＢ中的每一项都指向邻接表里的某个下一跳中继段。若相邻节点间能通过数据链路层实现相互转发，则这些节点被列入邻接表中。
系统一旦发现邻接关系，就将其写到邻接表中，邻接序列随时都在生成，每次生成一个邻接条目，就会为那个邻接节点预先计算一个链路层头标信息，并把这个链路层头标信息存储在邻接表中，当决定路由时，它就指向下一网络段及相应的邻接条目。随后在对数据包进行ＣＥＦ交换时，用它来进行封装。欲查看邻接表的有关信息，可以使用Cisco IOS的命令：show adjacency/show adjacency detail。当我们查看邻接表信息时，会发现有以下两种主要邻接类型：Host adjacency和Point to Point。Host adjacency类型通常的显示是一个ＩＰ地址，它表示邻接的下一跳ＩＰ地址；Point to Point类型的显示是“point 2point”，表示这是一条点对点电路。此外还有其他一些特殊类型，如Null adjacency、Glean adjacency等，此外不再赘述。
2.CEF操作模式
ＣＥＦ有两种模式：集中式和分布式。集中式允许一个路由处理模块运行特快交换，即ＦＩＢ和邻接表驻留在路由处理模块中，当线路卡不可用或不具备分散ＣＥＦ交换的功能时，就可使用集中ＣＥＦ交换模式。
分布式（一般记作ｄＣＥＦ）允许路由器的多个线路卡（ＶＩＰ）分别运行特快交换功能，前提是线路是ＶＩＰ线路卡或ＧＳＲ线路卡。中央路由处理器完成系统管理/路由选择和转发表计算等功能，并把ＣＥＦ表分布到单个线路卡；每个线路卡维护着一个ＦＩＢ和邻接表的相同的拷贝。线路卡在端口适配器之间执行快速转发，这样，交换操作就无需路由交换模块的参与了。ＤＣＥＦ采用一种“内部过程通信”机制来保证路由处理器和接口卡之间ＦＩＢ和邻接表的同步。
Cisco 12000系列路由器只运行dCEF模式，由线路卡执行交换功能。在其它路由器中，可以在同一个路由器中混合使用各种类型的接口卡，如果一个不支持ＣＥＦ的接口卡收到数据包后，将把数据包转发到路由处理器来进行处理，或把该数据包转发到下一个网络段处理。
ＣＥＦ在路由器上是全局激活的，但可在每个接口（或ＶＩＰ的底板）上启用/禁用ＣＥＦ；ＣＥＦ和快速交换模式也可同时运行，但不推荐这样使用，因为会占用大量的系统维护资源。
三、ＣＥＦ与快速交换的比较
与快速交换相似，ＣＥＦ也使用自己建立的数据结构（而不是路由表）来执行交换操作。快速交换通过生成并查找路由高速缓存交换数据包，该路由高速缓存交换数据包，该路收高速缓存的条目（包括目的ＩＰ地址，输出接口，ＭＡＣ地址头信息等）是在第一个数据包到来时，对整个路由表执行最长匹配查找算法获得下一跳ＩＰ地址，然后查找ＡＲＰ缓存获得第二层的ＭＡＣ地址信息，并写入路由高速缓存，之后的数据包则根据已经生成的高速缓存的条目直接重写ＭＡＣ头信息完成交换操作。
ＣＥＦ通过ＦＩＢ和邻接表对数据包进行交换，但ＦＩＢ和邻接表是在数据包到来以前，由ＣＰＵ根据路由表生成并定时更新的，因此到达路由器的第一个数据包也无须执行查找路由表的过程，直接由ＦＩＢ和邻接表获得新的ＭＡＣ头信和卢，就可进行交换了，对于拥有大容量路由表的路由器来说，这种预先建立交换查找条目的方式能够有效地提高交换性能。
四、基于ＣＥＦ的负载平衡的实现
当到达某一目的ＩＰ地址存在多条路径时，每条路径都有一个反映其代价的metric值，路由协议通过计算获得到达目的地址的具有最短metric值的路径，数据包通过该路径到达目的地址。负载平衡的目的则是要把流量分配到多条路径中，这样可优化资源的使用。ＣＥＦ特快交换支持两种类型的负载平衡－－－按目的地配置的负载平衡和按数据包配置的负载平衡。
1.按目的地配置负载平衡
基本原理是：对于给定的一对源/目的ＩＰ地下，即使有多个路径可用，也可保证数据包采用同一路径；通往不同源/目的ＩＰ地址的数据流则倾向于采用不同的路径。通过采用按目的地负载平衡的方法，可以保证对某个源/目的ＩＰ地址对的数据包以一定的次序到达。当启用ＣＥＦ时，按目的地配置的负载平衡被默认启用。
2.按数据包配置负载平衡
基本原理是：采用轮转法确定各个数据包按哪条路径到达目的地。这种负载平衡方法可使路由器在路径上连续发送数据包，即保证路径的使用状况比较好，但针对一个源/目的ＩＰ地址对的数据包可能会采用不同的路径，从而导致目的端对数据包的重新排序。这种类型的负载平衡对某些类型的数据流传送不是很合适（如ＶｏＩＰ数据流）。当然，若在某一源/目的ＩＰ地址对之间有大量的数据流，通过并行链路传送，如果按目的地负载平衡方式，将会使某条链路负担过重，而其他链路上的数据流很少，此时采用按数据包的负载平衡是合理的。
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发表于 2012-5-11 17:05:16
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