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根据路由表计算吓一跳 CCIE-思科快速转发机制(CEF-CiscoExpressForwarding)

2018年07月10日 来源:根据路由表计算吓一跳 大字体小字体

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  底板:主要提供交换矩阵,32Gbit/s的总线,多播复制ASIC,网络管理处理器,还有基于GBIC的2个接口。此外还提供PFC2和MSFC2子板的连接器PFC2:提供一组ASIC进行所有基于硬件的转发。通常CEF就是在这个卡上实现的。他提供基于3层的转发引擎。提供各种3层表,如FIB,邻接表等。此外,PFC还包口基于硬件的访问控制列表和Qos机制的ASIC。MSFC2:MSFC2提供一个处理所有3层控制板活动的cpu。控制板是处理路由计算的硬件体系结构的一部分。MSFC2负责处理不能由PFC2硬件元素处理的功能,以及所有路由选择协议活动的处理,比如OSPF和BGP的路由选择更新。MSFC2也负责形成lP路由选择表、FIB表和邻近表。在这3个组件中,监控底板和PFC2是强制构件,而MSFC2组件是可选的(尽管它是第3层交换十分需要的),因为它包括形成CEF表的CPU.MSFC2子卡上的CPU运行任何所配置的路由选择协议需要的所有实例。此外,CPU还处理不能用硬件处理的分组。MSFC2是基于ciscoIOS软件的路由器,并以同样方式配置。配置参数与Cisco7200系列路由器上的一样。CEF同Supervisor一起默认启用。事实上,它不能关闭。对于大多数通用的CEF功能,不需要特别地配置来启用CEF,除了路由选择协议、网络接口地址等的标准配置。在路由器初始化时,会根据路由器软件配置中的信息构建一张路由选择表(如静态路由、直连路由,以及通过路由选择协议交换动态学习到的路由)。在构建了路由选择表之后,CPU自动创建FIB和邻近表。FIB和邻近表显示了按照最佳转发方式进行的出现在路由选择表中的数据。与基于通信流的流缓存不同,cEF表是基于网络拓扑。当一个分组进入交换机时,交换机的第3层转发引擎ASIC根据目的网络和最详细的网络掩码澎于最长匹配查找。例如,PFC2不是基于目的地址172.31.10.3进行交换,而是查找网络172.31.10.0/24并交换到连接该网络的接口上。并且不涉及除路由选择表和预先建立的FIB表之外的任何软件。此外,一旦路由选择表中发生了变化,所有的cEF表会立即更新。这使得这个方法是高效的,缓存不会由于路由翻动而无效。CEF更加适应网络拓扑的变化。CEF表1.CEF转发信息库:CEF利用转发数据库(FIB)来进行基于IP目的地前缀的交换决策。从概念上讲,FIB类似于一个路由表或信息库,它维护着一个包含IP路由表转发信息的镜像。当网络中路由或拓扑结构发生了变化时,IP路由表就被更新,而这些变化也将反映在FIB中。基于IP路由表中的信息,FIB维护着下一跳的地址信息。因为FIB条目和路由表条目之间有一一对应的关系,所以FIB中包含了所有已知的路由,这样就不用维护路由高速缓存了,而先前的交换方法(比如快速交换和最优交换)都要维护路由高速缓存。

  CEF采用一个4级每级256条通道结构的转发表来指明转发条目的位置,转发表有nexthop等信息,涵盖了整个IPv4的地址范围,并有指针指向另一个邻接表。转发条目(MAC地址之类)都存储在一个单独的邻接表上。这两个表包括了所有的转发信息,而这些转发信息是根据路由表和ARP来构造的。CEF简化了查询的步骤,提高了单位时间的工作效率。而且从整体上来看,路由信息和转发信息是分离的,数据包的转发只根据转发信息而不用参照路由信息,可以充分利用专用硬件的功能来达到线速转发,而不受路由变化或者其他因素的干扰,保证了转发的高速高效。

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  “本地核心路由表”用来保存本地路由器到达网络中各目的地的当前各种最佳(依据到达同一目的地的各种协议路由的优先级和度量值来选取优先路由)协议路由(包括直连路由、静态路由和各种动态路由),只有到达某一目的地的最佳路由才会在本地核心路由表中出现,并负责把这些最佳路由下发到FIB表,生成对应的FIB表项,指导报文的转发。

      顾名思义,路由器就是和路由相关的。那么什么是路由呢,你可以这样认为,小徐家在徐州,小南家在南京,小苏家在苏州,那么你想把东西交给徐州沛县的我,那么你可以让小苏转交。(至于小徐小南也可以啊,不就是跑远点吗,为啥不给他俩,我们等会再说)那么在你的脑海里,就是从你到我这里传输数据,你只需要把数据交给小徐。目标地址(我家),下一跳小徐(不是吓一跳哦,这个就是交给谁转发的意思),这就是一条路由。

  CEF转发提供3张表1>FIB:从路由选择表中拷贝过来的转发信息,包括路由选择表中用于转发路由分组所必须的最少信息。2>邻接表:维护一个邻接节点以及他们相关的2层MAC重写或吓一跳信息数据库3>NetFlowTable:用于统计网络数据等需要指出的是,CEF的转发信息不是存储在cache里的,因此也不存在过期作废或定时刷新,只有根据路由表的变化而进行的更改,通常很稳定。而且转发信息是从路由信息经过一定处理后转换过来的,也就是说,如果在转发信息里找不到某个数据包的转发信息,那么也不用费心到路由那里去了,因为那里肯定也没有。这个数据包的下场不是被扔掉就是转到其他转发线程中去,转发信息等于是路由信息针对于硬件转发的一个变形。这样的结构布局保证了路由功能和交换功能的分离(软件上)。路由功能只处理三层以上信息,如路由信息处理、策略等,然后形成一个路由表,再根据这个路由表生成相应的转发信息。转发功能很明确,就是根据这些转发信息来工作,没有相关信息就拒绝。而不象MLS那样,遇到不认识的还得回头找路由问明白,那样降低了转发效率。CEF在软件形式上实现了路由和交换功能的分离,而并不意味着路由器物理结构上的分离,所以它也可以在一些多层交换机和低端的路由器上实施。它的高速表现在以下两个方面:1>在查询方式上简化了步骤,提高了速度;2>在分离了路由和转发功能。支持CEF的硬件平台Cisco首先在高端路由器平台实现CEF,此后,Catalyst交换机也支持CEF的转发,但是还存在一些差别,但均提供如下特性:1.基于“最长地址匹配”查找的高速转发2.等价路径的负载均衡3.逆向路径转发检查(RPF)4.不详路由的无效有些CEF特性仅在路由器上实现1.关闭基于CEF的转发能力2.每个前缀和每个前缀长度的CEF统计3.从负载共享路径统计数据4.基于每个分组的负载均衡当您在网络中使用CEF时,请先考虑以下项目:加载当前完整的Internet路由信息的平台所需的最小内存(推荐):-集中路由模块上需要128MB-每个线路卡上需要64MBCEF不能在一个线路卡上和VIP-分布式快速交换同时运行。缺省情况下,如果CiscoIOS软件在交换数据报时遇到CEF不支持的功能和封装类型,它将采用其他交换方法(如最优交换、快速交换、过程交换)。当前CEF不支持以下功能:-策略路由-网络地址翻译(NAT)-路由交换模块上的访问控制列表-多点PPP封装-SMDS-令牌环-ATM-ISL封装以下平台支持CEF功能:Cisco7000系列路由器(需要装备RSP7000)Cisco7200系列Cisco7500系列Cisco12000系列第二代接口模块(VIP2-20、VIP2-40、VIP2-50)支持CEF。在不同的路由器平台上,硬件对CEF的支持可能会有所不同,这要由路由器中安装的路由模块和其他硬件所决定。例如在Cisco12000系列路由器上,所有的线路卡都支持CEF交换;在Cisco7500系列路由器上,要实现CEF交换,需要有RSP模块和VIP线路卡的支持。每个接口卡用自己的引擎独立地运行CEF去转发数据包,并且都独自拥有一个对FIB表的拷贝。每个接口卡独立的去交换数据包,减轻了中心路由处理模块的负担。CEF操作要了解CEF,必须先了解Supervisor的处理结构CiscoSupervisor2结构如下

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