網(wǎng)絡(luò)路由負(fù)載均衡

^靠基本的交換模式，在這種模式下，一條數(shù)據(jù)流(Flow)中的第一個(gè)包(Packet)將被置入系統(tǒng)緩存(SystemBuffer)。其目的地址將會(huì)拿到路由表中去查詢比對(duì)，路由器的處理器(CPUorProcesser)同時(shí)將進(jìn)行CRC校驗(yàn)，檢查包是否正確。然后數(shù)據(jù)包的二層MAC地址將會(huì)被重寫，替換為下一跳接口的MAC地址。對(duì)這條數(shù)據(jù)流(Flow)中的第2個(gè)、第3個(gè)數(shù)據(jù)包……將會(huì)連續(xù)這樣相同的操作，包括查詢路由表、重寫MAC地址，CRC校驗(yàn)等。這種方式無(wú)疑是延遲最大的，由于它要采用SystemBuffer以及Processor去處理每個(gè)收到的包。但是我們?nèi)耘f有機(jī)會(huì)使用這種交換方式，比如在進(jìn)行基于數(shù)據(jù)包的負(fù)載均衡,或是debugippacket時(shí)。由于默認(rèn)狀況下，思科路由器會(huì)啟用FastSwitching或OptimumSwitching或是CEFSwitching,而不是ProcessSwitching,所以我們只能通過(guò):noiproute-cache來(lái)禁用FastSwitching,這在另一種意義上正是開啟Process■命。：FU(configTf)# /—送一—換d甘/速："冗，夬速交換要優(yōu)于ProcessSwitching,它采納了路由緩存(RouteCache)來(lái)存儲(chǔ)關(guān)于某條數(shù)據(jù)流(Flow)的特定信息，當(dāng)然會(huì)包括諸如目的MAC地址，目的接口等內(nèi)容。這時(shí)我■接口交換模式必需配置為CEF,假如接口上配置了CEF，那么CEF將嘗試交換數(shù)據(jù)包。否則，CEF會(huì)把藁^矗好的可用交換方法去處理。對(duì)于IPv4,這種方法是快速交換，而在IPVv6.你可以使用命令showcefinterface{interface}和showipv6cef{interface}]的缺省交換模式嬴羲詢并選擇出站接不3＞前面獵取的路由和數(shù)據(jù)鏈路信息被輸入到快速交換的高速緩沖中；，＞一旦去往相同目的地的后續(xù)數(shù)據(jù)包進(jìn)入路由器，高速緩沖中的信息使路由器不必查就可以馬上交換數(shù)據(jù)包。■3.快速交換意味著全部去往指定目的地址的數(shù)據(jù)包都從相同的接口被發(fā)送出去，因此■會(huì)大大降低。當(dāng)去往相同網(wǎng)絡(luò)內(nèi)不同主機(jī)的數(shù)據(jù)包進(jìn)入路由器且還存在一條可選路由■空（非可選路由,也就是原來(lái)的那條）上發(fā)送數(shù)據(jù)包到目的地。因此路由器能夠做得最負(fù)載均衡?！龌跀?shù)據(jù)包的負(fù)載均衡和進(jìn)程交換■^^TocessSwitching）即使對(duì)于每個(gè)數(shù)據(jù)包，路由器都要進(jìn)行路由表查詢和接口選擇，然后再查詢數(shù)據(jù)鏈路信息。由于每一個(gè)為數(shù)據(jù)包確定路由的進(jìn)程都是相互獨(dú)立的,所以不會(huì)強(qiáng)制去往相同目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)的全部數(shù)據(jù)包使用相同的接口。正如很多設(shè)計(jì)選擇一樣，基于數(shù)據(jù)包的均分負(fù)載也是要付出代價(jià)的。這種方式雖然使流量的分布比前一種方式甚稱，但是快速交換的較低交換時(shí)間和處理器占用的優(yōu)點(diǎn)也隨之丟失了。為了在接口上打開進(jìn)程交換功能，可以在IPv4下使用命令noiproute-cacheo對(duì)于IPv6什么也不需要做，哪一種交換方法會(huì)被用到？1.I0S首先基于入站接口的配置和源與目的地址類型來(lái)打算交換模式；假如接口上配置了CEF,不管出站接口上配置是什么，數(shù)據(jù)包都會(huì)被CEF交換;.2?假如入站接口上沒有配置CEF,那么IOS會(huì)處理并轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包，并依據(jù)出站接口的1配置，后續(xù)的數(shù)施嘉贏.3.假如入站接口的CEF功能被打開JOS將只使用CEF交換數(shù)據(jù)包。否則出站接口的1■發(fā)如在出站接口上打開CEF功能的同時(shí)又在入站接口上配置進(jìn)程交換或快速交換，那■4.只有在入站接口上配置了CEF,它才會(huì)起作用。對(duì)于IPv4,盡管出站接口上打開了5.有些時(shí)候后即使打開了CEF,但是并沒有使用CEF交換數(shù)據(jù)包（例如訪問列表的日志功能被打開和數(shù)據(jù)包將被紀(jì)錄F來(lái)）。那么數(shù)據(jù)包將被送交僅次于最快的交換方法，例如IPv4下使用快速交換,在IPv6下使用進(jìn)程交換。入站配置出站配置所用的交換方法CEF進(jìn)程CEFCEF快速CEF進(jìn)程CEF快速（如果是IPv6為進(jìn)程）進(jìn)程快速快速快速CEF快速（如果是IPv6為進(jìn)程）快速進(jìn)程進(jìn)程交換路徑存放轉(zhuǎn)發(fā)信息的表 負(fù)載均衡方法 進(jìn)程交換路由表基于每個(gè)包快速交換快速交換緩存基于每個(gè)目的地址CEFFIB和鄰接表基于每個(gè)源和目的地址的哈希值，或基于每個(gè)包們只需要對(duì)一條數(shù)據(jù)流(Flow)中的第一個(gè)包做ProcessSwitching,并把信息存入Cache,全部后續(xù)數(shù)據(jù)包，可以不必再中斷SystemProcessor去執(zhí)行查詢等操作，直接從Cache中提取目的接口，目的MAC地址等，這樣大大加速了包轉(zhuǎn)發(fā)速度。FastSwitching在某些資料上可能被稱為Route-CacheSwitching。思科1600、1700、2500、2600系歹I」路〃啟用快速交搦命令:Rl(config-if)#iproute-cacheRl#show〃啟用快速交搦Rl#showipcacheRl#showipcacheRl#showipcache〃查看快速交換^^^^?金換模式，從原理上來(lái)講都與FastSwitching極為相像，比如0PtiSwitching其實(shí)采納了一種經(jīng)過(guò)優(yōu)化的交換緩存(OptimumedSwitchingCache),它的速度要較平常Cache要快。DistributedSwitching需要使用VersatileInterfaceCard這種硬件卡，又稱VIPCard。它會(huì)自已保存一份RouteCache,這樣查詢時(shí)就不必等待使用共享的系統(tǒng)緩存(SharedSystemBuffer)了,無(wú)論相對(duì)于FastSwitching還是OptimumSwitching來(lái)講，都是比較快的。這兩種模式一般只在思科高端設(shè)施上有所應(yīng)用，比如7200^H^^Rl(config-if)#iproute-cacheoptimum //啟用最初〃啟用分布式交換Rl(config-if)#iproute-cachedistributedRl#show〃啟用分布式交換Rl#showipcacheoptimumRl#showipcacheoptimumRl#showipcacheoptimum〃查看最優(yōu)交換Netflow交換(NetflowSwitching)■這種模式是最值得參考的，它完全基于其它SwitchingMode,重點(diǎn)在于對(duì)流經(jīng)的數(shù)據(jù)包進(jìn)行計(jì)費(fèi)、監(jiān)控、網(wǎng)管。但值得提的是，這種模式也要存儲(chǔ)相關(guān)信息才居統(tǒng)計(jì)大致65536〃啟用Netflow交換命令:Rl(config-if)#ip〃啟用Netflow交換Rl#showipcacheflowRl#showipcacheflow〃查看Rl#showipcacheflow〃查看Netflow交換緩存Rl(config)#ipflow-exportRl(config)#ipflow-exportRl(config)#ipflow-export〃將Netflow審計(jì)的數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)到指定設(shè)施Cisco特快交換(CiscoExpressForwarding)最為高效的一種三層合同，很多人簡(jiǎn)單對(duì)cef產(chǎn)生誤會(huì)，所以我們?nèi)耘f要說(shuō)明它的來(lái)原。CEF采納了基于硬件的平臺(tái)，它不僅僅是將數(shù)據(jù)都存入SystemBuffer,而是將整個(gè)路由表、拓?fù)浔?，以及全部的下一跳地址、MAC地址全部進(jìn)行"預(yù)存"，只要路由表、拓?fù)浔碇写嬖诘臈l目，無(wú)論是否有數(shù)據(jù)懇求發(fā)往其目的地址，都會(huì)提前預(yù)讀取，預(yù)設(shè)置緩存。具體來(lái)說(shuō)它是通過(guò)全用轉(zhuǎn)發(fā)信息表(FIB)和鄰接表來(lái)實(shí)現(xiàn)的，它事先從路由表中獵取信息并把信息存儲(chǔ)在轉(zhuǎn)發(fā)信息庫(kù)(FIB)中，當(dāng)任何數(shù)據(jù)包需要這些信息時(shí)可以馬蔡用。FIB包括路由表中的全部目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)，它們可以隨著網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞淖兓{(diào)整。CEF使用一個(gè)單獨(dú)的數(shù)據(jù)表-鄰接關(guān)系表，為FIB的每個(gè)表項(xiàng)維護(hù)其次層轉(zhuǎn)發(fā)信息。鄰接關(guān)系表由其次層信息構(gòu)成，(這些信息可以由IP、ARP或IPv6鄰居發(fā)覺合同學(xué)習(xí)到)。FIB和鄰接表是在數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)之前建立的，當(dāng)有新的數(shù)據(jù)懇求發(fā)送時(shí)，就不需要CPU去查詢路由表轉(zhuǎn)發(fā)一次后把信息存入緩存，或查詢目的接口，目的MAC地址等信息，而是直接從緩存中讀取,從而使轉(zhuǎn)發(fā)速度得以大大提高。2.針對(duì)IPv4可以使用ipcef激活7命令:Rl(config)#ipcef 〃用來(lái)為全部接口激活CEF(全局配置命令)Rl#showipcef 〃查看路由器是否啟用CEF,CEF全部信息Rl#showRl#showipcefdetailRl#showipcefdetail〃查看CEF全部具體信息■R1# Rl#showipcefdetail〃查看CEF全部具體信息〃查看cEF特定接口具畝T^Z^Tcefint 〃查看使用了哪一種負(fù)載均衡模式，CEF全部功能信息■〃查看使用了哪一種負(fù)載均衡模式，CEF特定接口用科路由署IOS中的每一種交換模式交帙畏式描述 tJL 道程文換每一個(gè)數(shù)據(jù)包郃會(huì)破系統(tǒng)處理益和緩存處理，城址俱息也是同祥處理noIpr<*Jte-c?che快遞交檢灌中的第一個(gè)售?6道程處理，液中以后的包，通過(guò)黯由韁存進(jìn)行快速交換iprcnate-^ache最優(yōu)交換發(fā)牛的第一個(gè)色是迸程處理，興中以后的包通過(guò)最優(yōu)路由夔存迸行恢速交助ipr<xjte-c?cheoptibur分布式交物豹提包在本地通過(guò)DP卡處理，防止沒一個(gè)的據(jù)包使用不統(tǒng)處理器.路由韁存或者暖沖區(qū)iproute-ca<hedistributedNetflo▼交覆存儲(chǔ)計(jì)得翻泥用于網(wǎng)絡(luò)利用源采集和計(jì)粉ipr?ute-cacheflovCEF將三層路由信息存胃在FIB奈里，將二零的郁星圖速存M在鄰接表里，"B表里的托撲信息會(huì)網(wǎng)者路由來(lái)而動(dòng)杰地變代。這使得CEF成為最甘妓的交投方式，因?yàn)樵诮晦蜻^(guò)卷中沒育使用諾琛交投，1P8f（全局）lpr?ute-ca<becef（蓄口）負(fù)載均衡衡(Equal-costLoadSharing):是將流量均等地分布到多條度量相同的路任上。各條路徑上分布的流量和路由開銷成反比。開銷越低的路徑安排的流量越多。負(fù)載均衡的兩種方式:基于目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載均衡ipload-sharingper-destination絡(luò)的負(fù)載均衡允許路由器使用多條路徑來(lái)負(fù)載均衡，它是依據(jù)目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)中的目的地址安排負(fù)載量的。并且它可以確保數(shù)據(jù)包總是使用相同的路徑，并依據(jù)它們發(fā)送的挨次到達(dá)目的地址。這種方式的負(fù)載均衡最適用于需要數(shù)據(jù)包依據(jù)某種挨次到達(dá)的應(yīng)用。例如，有兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)A、B,A-B間存在兩條路徑，那么從A去往B地的第一個(gè)目標(biāo)的報(bào)文走第一條路徑，去往B的其次個(gè)目標(biāo)的報(bào)文走其次條路徑，去B的第三個(gè)目標(biāo)的報(bào)文走第一條路徑，依此類推……隨著目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)地址數(shù)量的增加，負(fù)載均衡會(huì)變得更加有效。大多才況下路由器都采納這種負(fù)載均衡方式，并且它也是CiscoCEF使用的缺省負(fù)載均衡方式。〃基于目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)的命令:Rl(config-if)#ipload-sharingper-destination負(fù)載均衡〃基于目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)的主機(jī)或用戶的具體狀況。這種負(fù)載均衡采納輪轉(zhuǎn)機(jī)制來(lái)確定每個(gè)數(shù)據(jù)包走哪條路徑到達(dá)目的地址。缺點(diǎn)是不能確保每一個(gè)數(shù)據(jù)包遵循相同的路徑，將導(dǎo)致數(shù)據(jù)包無(wú)序到達(dá)。這對(duì)某些應(yīng)用來(lái)說(shuō)是不能接受的（如VoIP）。假設(shè)去往某一目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)的報(bào)文走的第一條鏈路，當(dāng)路由器又收到去往該網(wǎng)絡(luò)的報(bào)文后，將從其次條鏈路上發(fā)送，依此類推……（假設(shè)各條睛翻等價(jià)的），假如鏈路代價(jià)不同的話，路由器將會(huì)依據(jù)代價(jià)比例來(lái)安排各鏈路的流量安排。F如，在一條高代價(jià)鏈路上發(fā)送一個(gè)報(bào)文，可能低代價(jià)的鏈路上就會(huì)發(fā)送三個(gè)報(bào)文。當(dāng)路由器采納非默認(rèn)交換方式時(shí)，即處于進(jìn)程交換模式時(shí)，將采納這種負(fù)載均衡。通過(guò)使用此方式在不均衡的數(shù)據(jù)流量需要在多條路徑上進(jìn)行負(fù)載均衡是特別重要的〃基于數(shù)據(jù)包的負(fù)載均命令:Rl(config-if)#ipload-sharingper-packet〃基于數(shù)據(jù)包的負(fù)載均負(fù)載均衡和CiscoCEF■1.CEF缺省的負(fù)載均衡方式是基于目的網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載均衡，IPv4缺省的交換模式是CEFProcessSwitchingo2.CEF事先從路由表中獵取信息并把信息存儲(chǔ)在轉(zhuǎn)發(fā)信息表中(FIB),當(dāng)數(shù)據(jù)包需要這些信息時(shí)可以馬