Cisco快速轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)及其使用

2019-11-04 23:20:50

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供稿：網(wǎng)友

　　---- Cisco快速轉(zhuǎn)發(fā)（Cisco EXPRess Forwarding，CEF）是一種高級(jí)的第三層ip交換技術(shù)。可以在網(wǎng)絡(luò)的任何地方使用CEF，非凡是在企業(yè)骨干網(wǎng)的交換方面。此外，CEF可以優(yōu)化像Internet這樣帶有大規(guī)模的、動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)流的網(wǎng)絡(luò)的性能和伸縮性。在網(wǎng)絡(luò)核心中，骨干路由器上的CEF提供了高性能和伸縮性，用來對(duì)付網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的不斷加大和穩(wěn)定增長的數(shù)據(jù)流量。CEF是一種分散式交換機(jī)制，它隨著接口卡數(shù)量和安裝在路由器中帶寬的變化而線性地變化。
　　
　　一、CEF的優(yōu)勢
　　
　　---- CEF可以通過大規(guī)模的動(dòng)態(tài)通訊方式優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)的性能和伸縮性，它的優(yōu)點(diǎn)如下。
　　
　　---- 1．改善路由器效率
　　---- 和常規(guī)的快速交換路由相比較，CEF可以使用較少的內(nèi)存容量來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)包的轉(zhuǎn)發(fā)，這樣，就可以節(jié)省更多處理器的資源，使得處理器能夠?qū)Ｓ糜诘谌龑拥姆?wù)，比如提高服務(wù)質(zhì)量（QoS）和加密功能等。
　　
　　---- 2．良好的伸縮性
　　---- 當(dāng)啟用分散式CEF模式時(shí)，CEF的每個(gè)線路卡上維護(hù)著一個(gè)與轉(zhuǎn)發(fā)信息庫 (Forwarding Information Base，F(xiàn)IB)和鄰接表相同的拷貝，它能獨(dú)自提供完全的交換能力。
　　
　　---- 3．提高網(wǎng)絡(luò)性能
　　---- 在大規(guī)模的動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)中，CEF能提供了更好的交換的一致性和穩(wěn)定性。在動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)中，因?yàn)槁酚傻母淖儠?huì)導(dǎo)致快速交換高速緩存條目頻繁地失效，這些變化可能的結(jié)果就是要通過路由表對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行過程交換，而不是通過路由高速緩存進(jìn)行快速交換。因?yàn)镕IB查閱表中包含所有路由表中已知的路由，這樣就不用維護(hù)路由高速緩存了，也不用采用快速交換和過程交換相互轉(zhuǎn)換這種轉(zhuǎn)發(fā)方案了。CEF能夠比典型的高速緩存技術(shù)更有效地交換數(shù)據(jù)流。
　　
　　---- 盡管CEF是一種高級(jí)IP交換技術(shù)，支持很多通訊媒體，但它并不是支持所有的通訊方式，目前CEF支持ATM/AAL5snap、ATM/AAL5mux、ATM/AAL5nlpid、幀中繼、以太網(wǎng)、FDDI、PPP、HDLC和隧道（tunnel）等。
　　
　　二、CEF操作使用的部件
　　
　　---- 為了實(shí)現(xiàn)CEF的交換功能，CEF將常規(guī)路由器中存儲(chǔ)在路由高速緩存中的信息轉(zhuǎn)而存儲(chǔ)到幾種為CEF專門設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中。為了有效地進(jìn)行數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)，這種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)要保證能進(jìn)行優(yōu)化的查詢。CEF的2種主要部件如下。
　　
　　---- 1．轉(zhuǎn)發(fā)信息庫
　　---- CEF利用轉(zhuǎn)發(fā)信息庫（FIB）來進(jìn)行基于IP目的地前綴的交換決策。FIB從概念上講類似于路由表或信息庫，它維護(hù)著一個(gè)IP路由表中包含的轉(zhuǎn)發(fā)信息的鏡像。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中路由或拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)發(fā)生了變化時(shí)，IP路由表就被更新，而這些變化也將反映在FIB中。FIB基于IP路由表中的信息，維護(hù)著下一網(wǎng)絡(luò)段的地址信息。
　　
　　---- 因?yàn)樵贔IB條目和路由表?xiàng)l目之間有一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，所以FIB中包含了所有已知的路由，這樣就不用維護(hù)路由高速緩存了，而先前的交換路徑（比如快速交換和最優(yōu)交換）都要維護(hù)路由高速緩存。
　　
　　---- 2．鄰接表(Adjacency Table)
　　---- 假如網(wǎng)絡(luò)中的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)只通過單獨(dú)一個(gè)網(wǎng)絡(luò)段就可以穿越鏈路層而彼此到達(dá)對(duì)方，那么它們是鄰接的。除了FIB外，CEF還利用鄰接表來提供第二層的尋址信息。鄰接表為所有FIB條目維護(hù)第二層的下一網(wǎng)段地址。當(dāng)路由器發(fā)現(xiàn)存在鄰接時(shí)就增加在鄰接表中，每次生成一個(gè)鄰接條目，CEF會(huì)為那個(gè)鄰接節(jié)點(diǎn)預(yù)先計(jì)算一個(gè)鏈路層頭標(biāo)信息，并把這個(gè)頭標(biāo)信息存儲(chǔ)在鄰接表中。當(dāng)決定路由時(shí)，它就會(huì)指向下一網(wǎng)絡(luò)段以及相應(yīng)的鄰接條目，隨后即在對(duì)數(shù)據(jù)包進(jìn)行CEF交換時(shí)用它來進(jìn)行封裝。
　　
　　三、CEF操作模式
　　
　　---- CEF的操作模式有2種，即集中CEF模式和分散CEF模式。可以通過其中的任意一種來啟用CEF，同一時(shí)刻用戶只能使用其一種模式，但并不是所有的Cisco路由器都支持這2種模式，必須查閱所使用的產(chǎn)品資料，以確定它是否支持集中CEF模式或分散CEF模式，比如在Cisco 7200系列路由器上就不支持分散式CEF模式。
　　
　　---- 1．集中CEF模式
　　---- 當(dāng)啟用集中CEF模式時(shí)，CEF的FIB和鄰接表駐留在路由處理器中，路由處理器來執(zhí)行快速轉(zhuǎn)發(fā)，見圖1。對(duì)于CEF交換來說，當(dāng)線路卡不可用時(shí)，或者需要使用的功能與分散CEF交換不兼容時(shí)，就可以使用CEF模式。
　　　

　　---- 2．分散CEF模式
　　---- 當(dāng)啟用分散式CEF(dCEF)時(shí)，線路卡（例如VIP線路卡或者GSR線路卡）維護(hù)著一個(gè)與FIB和鄰接表相同的拷貝。線路卡在端口適配器之間執(zhí)行快速轉(zhuǎn)發(fā)，這樣，在進(jìn)行交換操作時(shí)就無須RSP的參與了。dCEF使用一個(gè)“內(nèi)部過程通信”（Inter Process Communication，IPC）機(jī)制，在路由處理器和線路卡上，保證FIB和鄰接表的同步，如圖2所示。
　　　

　　四、CEF的應(yīng)用
　　
　　---- CEF在Cisco路由器中改善了路由器的性能，優(yōu)化了路由交換，但它的使用卻并不復(fù)雜，用戶只需要配置啟用或禁止CEF/dCEF即可實(shí)現(xiàn)Cisco快速轉(zhuǎn)發(fā)。當(dāng)然，為了更好地使用CEF，需要對(duì)它做進(jìn)一步的配置，如負(fù)載均衡功能等。其他常見的CEF命令見附表。
　　

　　
　　---- 1．啟用或禁止CEF
　　---- 假如用戶的Cisco路由器中有接口處理器支持CEF時(shí)，就可以啟用CEF。為了啟用或禁止CEF，在全局配置模式下，利用下面的命令進(jìn)行。
　　
　　---- (1) 啟用標(biāo)準(zhǔn)的CEF模式
　　---- 命令如下：
　　---- ip cef
　　
　　---- (2) 禁止標(biāo)準(zhǔn)的CEF模式
　　---- 命令如下：
　　---- no ip cef
　　
　　---- 2．啟用或禁止dCEF
　　---- 當(dāng)用戶想讓其線路卡執(zhí)行快速轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)，則啟用dCEF，這樣，路由處理器就可以處理路由協(xié)議。為了啟用或禁止dCEF操作，在全局配置模式下，利用下面的命令進(jìn)行。
　　
　　---- (1) 啟用dCEF模式
　　---- 命令如下：
　　---- ip cef distributed
　　
　　---- (2) 禁止dCEF模式
　　---- 命令如下：
　　---- no ip cef distributed
　　
　　---- 當(dāng)用戶按全局模式啟用CEF或dCEF時(shí)，所有支持CEF的接口都被默認(rèn)地啟用了。
　　
　　---- 3．在特定的接口上啟用或禁止CEF/ dCEF
　　---- 有時(shí)候，在某個(gè)接口配置了一項(xiàng)功能，而CEF或dCEF并不支持該功能。這時(shí)用戶就可能需要在這個(gè)特定的接口上禁止CEF或dCEF。例如，策略路由和CEF就不能一起使用。用戶可能想讓一個(gè)接口支持策略路由，而讓其他的接口支持CEF。在這種情況下，可以按全局模式啟用CEF，而在那個(gè)打算配置策略路由的接口上禁用CEF。這樣，除了那一個(gè)接口外，在其他所有接口上都啟用快速轉(zhuǎn)發(fā)。為了在某個(gè)接口上禁止CEF或dCEF，可以在接口配置模式下，使用下面的命令實(shí)現(xiàn)：
　　
　　---- no ip route-cache cef
　　---- 當(dāng)禁用了CEF或dCEF后，Cisco IOS自動(dòng)使用下一個(gè)最快的交換路徑來交換數(shù)據(jù)包。對(duì)于dCEF而言，下一個(gè)最快的交換路徑是在路由處理器上的CEF。假如用戶在某個(gè)接口上禁用了CEF或dCEF操作，爾后又想重新啟用它，那么在接口配置模式下，可以使用下面的命令實(shí)現(xiàn)：
　　
　　---- ip route_cache cef
　　---- 在Cisco 12000系列路由器上，dCEF被默認(rèn)啟用。沒有用來啟用dCEF的命令。而且，配置文件中并沒有列出在路由器上啟用了dCEF，也不要在Cisco 12000系列路由器接口上禁用dCEF。
　　
　　---- 4．為CEF配置負(fù)載均衡功能
　　---- 負(fù)載均衡要依據(jù)源頭數(shù)據(jù)包和目的地?cái)?shù)據(jù)包信息的組合來進(jìn)行。為了把數(shù)據(jù)傳送到一個(gè)目的地，Cisco可以把數(shù)據(jù)分配到多條路徑中，從而優(yōu)化資源的使用。用戶可以以目的地為單位，也可以以數(shù)據(jù)包為單位，來配置負(fù)載均衡。負(fù)載均衡決策機(jī)制要在數(shù)據(jù)出發(fā)的接口上做出，它分為以下2種方式。
　　
　　---- (1) 按目的地配置負(fù)載均衡
　　---- 配置按目的地進(jìn)行負(fù)載均衡功能后，路由器將使用多條路徑來均衡負(fù)載，對(duì)于某一源頭/目的地主機(jī)，數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)采用同一路徑，即使有多個(gè)路徑可用，也將這樣處理，對(duì)于到達(dá)不同目的地的數(shù)據(jù)包則可以采用不同的路徑。當(dāng)啟用CEF時(shí)，按目的地配置負(fù)載均衡的功能默認(rèn)被啟用。大多數(shù)情況下，都采用這種負(fù)載均衡方法。按目的地配置負(fù)載均衡時(shí)，要依靠于數(shù)據(jù)流的統(tǒng)計(jì)分布信息，所以隨著源頭/目的地對(duì)個(gè)數(shù)的增加，負(fù)載的平分會(huì)變得更為有效。你可以采用按目的地負(fù)載均衡的辦法，來保證針對(duì)某個(gè)給定的源頭/目的地主機(jī)對(duì)的數(shù)據(jù)包依一定的次序到達(dá)。
　　
　　---- 由于啟用CEF后，也就默認(rèn)啟用了按目的地進(jìn)行負(fù)載均衡功能，為了利用按目的地進(jìn)行負(fù)載均衡的功能，用戶就不需要再執(zhí)行任何其他操作了。
　　
　　---- 為了禁止按目的地進(jìn)行負(fù)載均衡的功能，在接口配置模式下，利用下面的命令進(jìn)行：
　　---- no ip load-sharing per-destination
　　
　　---- (2) 按數(shù)據(jù)包配置負(fù)載均衡
　　---- 通過按數(shù)據(jù)包進(jìn)行負(fù)載均衡，使得路由器可以在路徑上連續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù)包，而不用考慮具體的主機(jī)或用戶情況。這種負(fù)載均衡機(jī)制采用輪轉(zhuǎn)的辦法確定每個(gè)數(shù)據(jù)包采用哪條路徑到達(dá)目的地。這種機(jī)制可以保證在多個(gè)連接上進(jìn)行負(fù)載均衡，有助于保證任何單個(gè)源頭/目的地對(duì)的路徑都不會(huì)變得負(fù)擔(dān)過重。假如有大量的、通過并行鏈路的數(shù)據(jù)是針對(duì)某單個(gè)源頭/目的地主機(jī)對(duì)，那么假如按目的地進(jìn)行負(fù)載均衡，將會(huì)使那個(gè)鏈路負(fù)擔(dān)過重，而其他鏈路上的數(shù)據(jù)流卻很少。啟用按數(shù)據(jù)包進(jìn)行負(fù)載均衡，用戶就可以利用不同的路徑到達(dá)同一個(gè)繁忙的目的地。
　　
　　---- 利用按數(shù)據(jù)包進(jìn)行負(fù)載均衡使得路徑的使用情況變得合理。但是這種機(jī)制的直接后果就是對(duì)于一對(duì)給定的源頭/目的地主機(jī)對(duì)的數(shù)據(jù)包可能會(huì)采用不同的路徑到達(dá)，使得在目的地一端要對(duì)數(shù)據(jù)包重新排序，正是因?yàn)檫@個(gè)原因，這種類型的負(fù)載均衡對(duì)有些類型的數(shù)據(jù)流可能就不適應(yīng)了。比如通過IP進(jìn)行語音傳送，由于這種類型的傳送要求數(shù)據(jù)包按照順序依次到達(dá)目的地。
　　
　　---- 為了啟用按數(shù)據(jù)包進(jìn)行負(fù)載均衡功能，在接口配置模式下，利用下面的命令進(jìn)行：
　　---- ip load-sharing(per-packet)
　　
　　---- 當(dāng)然，針對(duì)某個(gè)特定目的地啟用按數(shù)據(jù)包進(jìn)行負(fù)載均衡，則在所有可以向該目的地轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包的接口上，都必須啟用按數(shù)據(jù)包進(jìn)行負(fù)載均衡的功能。
　　
　　---- 5．為CEF配置網(wǎng)絡(luò)記賬功能
　　---- 用戶可能需要收集統(tǒng)計(jì)信息，以便更好地理解和使用網(wǎng)絡(luò)中的CEF模式的功能。例如可能想收集這樣的信息: 交換到某個(gè)目的地的數(shù)據(jù)包的個(gè)數(shù)和字節(jié)數(shù)，或者通過某個(gè)目的地交換的數(shù)據(jù)包的個(gè)數(shù)。為了給CEF收集網(wǎng)絡(luò)記賬信息，可以在全局配置模式中，利用下面的命令進(jìn)行。
　　
　　---- (1) 開始收集被快速轉(zhuǎn)發(fā)到某個(gè)目的地的數(shù)據(jù)包個(gè)數(shù)和字節(jié)數(shù)
　　---- 命令如下：
　　---- ip cef accounting per-prefix
　　
　　---- (2) 開始收集通過某個(gè)目的地被快速轉(zhuǎn)發(fā)的數(shù)據(jù)包的個(gè)數(shù)
　　---- 命令如下：
　　---- ip cef accounting non-recursive
　　
　　---- 當(dāng)用戶為CEF啟用網(wǎng)絡(luò)記賬功能后，就在相應(yīng)的路由處理器中收集記賬信息。當(dāng)用戶為dCEF啟用網(wǎng)絡(luò)記賬功能時(shí)，就在線路卡上收集信息。
　　
　　---- 用戶可以查看被收集的記賬信息。為此在EXEC模式下，使用下面的命令進(jìn)行：
　　---- show ip cef
　　
　　---- 記賬信息中具體描述了路由器轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包的情況，可以由此了解路由器的負(fù)載情況，從而決定如何優(yōu)化路由器的配置，最大限度地發(fā)揮路由器的性能。

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