CEF - Cisco Express Forwarding

[thanhsang_truong]

Tác giả:
Võ Thị Hà

CEF - CISCO EXPRESS FORWARDING

1. Sử dụng các topology cho phép MLS:
- Một vài topology hỗ trợ MLS. Theo bản chất của MLS, chỉ topology hệ thống chắc chắn mới cho phép các gói đại diện và enable đi qua router và switch đúng cách. Nếu cả hai gói đại diện và enable không được nhận dạng, thì không thể hoàn thành mục lưu trữ luồng. Các topology cho phép MLS bao gồm:

• Router on a stick: gồm có một router (internal RSM/MSFC router hoặc external router) và một switch. Router có một kết nối vào mạng, nó được gọi là stick. (xem hình 4.7)

• Nhiều switch và một router: nó chỉ được chấp nhận nếu chỉ có một switch kết nối đến router và các switch được kết theo một ISL trunk.

2. CEF (Cisco Express Forwarding) chuyển tiếp với mục đích riêng biệt của Cisco.
- Catalyst 3550 và 4000 thỉnh thoảng được mô tả như là MLS. Thật vậy, 3550 được quảng bá để hỗ trợ chuyển mạch đa lớp dựa trên CEF. CEF không giống như sự thực thi MLS khác, nó không lưu trữ như trước đây nữa. Cache đưa ra một số cần thiết để đánh địa chỉ. Ví dụ như, một cache đúng trong bao lâu? cache cho phép lớn thêm bao nhiêu? Và làm thế nào ta giải quyết sự thay đổi topology định tuyến mà không dựa vào mục lưu trữ.
- Để sẵn sàng thấy sự tiến triển từ định tuyến đến chuyển mạch lớp 3, hãy xem xét quá trình chuyển mạch, chuyển mạch nhanh, và chuyển mạch trong điều kiện tốt nhất.

2.1 Quá trình chuyển mạch (Process Switching)

- Khi các gói được chuyển mạch, thì gói được chuyển tiếp qua cấu trúc bên trong đến bộ xử lý định tuyến. Đây là “trái tim” của router và là nơi bận rộn, thường truy cập theo hai bus, đó là Cbus và bus hệ thống. Các gói đi khắp router và được chuyển tiếp. Bộ xử lý định tuyến sẽ chuyển tiếp qua interface và ghi lại thông tin MAC header. Tuy có độ trễ đáng kể, nhưng cũng có một vài thuận lợi như nếu bảng định tuyến giữ nhiều đường đi đến đích với chi phí như nhau, thì việc cân bằng tải được thực hiện.
- Process Switching được biểu diễn trong hình 4.9, sơ đồ này mô tả bản chất của Process Switching, một gói phải chuyển qua bộ xử lý định tuyến của router, và kết quả là chuyển tiếp chậm.

2.2 Chuyển mạch nhanh (Fast Switching):

- Giống như Process Switching, Fast Switching có sẵn trên nền Cisco, kể cả Catalyst 2500. Fast Switching sử dụng cache trên bộ xử lý định tuyến để bảo quản thông tin chuyển tiếp. Gói đầu tiên trong một cuộc nói chuyện được chuyển đến bộ xử lý định tuyến, ánh xạ dựa vào đường đi, và xử lý chuyển mạch. Cache của Fast Switching được cập nhật và các gói theo sau chỉ ánh xạ thông tin header vào trong cache. Kết quả là cuộc nói chuyện được chuyển tiếp mà không qua bộ xử lý định tuyến.
- Thông tin chuyển tiếp được lưu trữ trong một cây nhị phân, cho phép quyết định bit-by-bit để thực hiện đối với chặng kế tiếp. Cây nhị phân này đòi hỏi 32 mức so sánh để ánh xạ hoàn toàn một đường đi, và được xem như là một kỹ thuật truy tìm rất hiệu quả.
- Các mục trong cache của Fast Switching được tạo khi bắt đầu một cuộc nói chuyện, và vì vậy phải chịu đựng vấn đề tồn tại của cache là làm thế nào cập nhật thông tin khác, như ARP cache, ảnh hưởng đến thông tin lưu trữ? Và câu trả lời là nó không cho phép thay đổi trong ARP cache mà nó chỉ bỏ cache khi quá giới hạn thời gian và thông tin không còn đúng nữa. Trong trường hợp này, cache phải được tạo lại. Vấn đề thứ 2 với Fast Switching là cache chỉ xây dựng một con đường đến đích, vì vậy việc chia tai phải dựa trên cuộc nói chuyện với một mục lưu trữ cho mỗi cuộc nói chuyện.
- Tuy nhiên, Fast Switching có lẽ nhanh hơn gấp 10 lần so với tiến trình chuyển mạch và được sử dụng rộng rãi.
- Fast Switching Tree được biểu diễn trong hình 4.10. Mỗi bit trong địa chỉ đích được so sánh với bảng và vì vì chỉ có 2 khả năng là 1 hoặc 0, nên một ánh xạ thành công với một con đường.

(còn tiếp)

[thanhsang_truong]

2.3 Chuyển mạch trong điều kiện tốt nhất (Optimum Switching):

- Optimum Switching cũng dựa trên việc lưu trữ, nhưng có một sự khác nhau quan trọng với Fast Switching. Điểm khác nhau đầu tiên là hoạt động của cây. Thay vì dùng cây nhị phân với mỗi mức là một so sánh, thì nó sử dụng 256 cách (multi-way tree). Mỗi mức cho phép chọn một octet trong địa chỉ đích, kết quả là tìm được bất kỳ địa chỉ đích nào.
- Optimum Switching rất nhanh, nhưng vẫn chịu đựng cùng vấn đề của cache và vì vậy cần được có khoảng thời gian để ngắt các luồng optimum trong khi đó cache được xây dựng lại từ các yêu cầu đến bộ xử lý định tuyến lần nữa.
- Cây của Optimum Switching được biểu diễn ở hình 4.11. Mỗi octet trong địa chỉ chấm thập phân 32 bit được ánh xạ riêng lẻ, và kết quả là quá trình truy tìm nhanh hơn.

2.4 Quá trình chuyển tiếp CEF (CEF Forwarding Process):

- CEF duy trì 2 bảng riêng biệt nhưng có quan hệ với nhau, đó là bảng chuyển tiếp (forwading table) và bảng kế tiếp (adjacency table). Bảng chuyển tiếp chứa thông tin định tuyến và bảng kế tiếp chứa địa chỉ chặng kế tiếp (lớp 2). CEF sử dụng một trie thay cho cây. Trie là một con trỏ sử dụng với cấu trúc dữ liệu nhưng trên thức tế không chứa dữ liệu. Nó cho phép dữ liệu được lưu trữ thích hợp nhất với kiểu dữ liệu được lưu trữ, và quá trình truy tìm được tách riêng ra từ dữ liệu.
- Sự tách riêng trong cấu trúc dữ liệu có nghĩa là quá trình truy tìm được đệ quy, cho phép các con đường đi khác nhau được lựa chọn cho các gói kế tiếp, vì vậy chia tải được các gói enable. Ngoài ra, nếu thông tin trong cache thay đổi, vì việc tuy tìm được thực hiện riêng biệt mỗi lần, nên hầu hết thông tin up-to-date luôn được sử dụng.
- Quá trình chuyển tiếp CEF được biểu diễn trong hình 4.12. Sơ đồ này mô tả việc truy tìm nhanh hơn vì cấu trúc dữ liệu 256-way này là hiệu quả nhất của tất cả các phương pháp truy tìm, và được kết hợp trực tiếp với bảng kế tiếp.

- Kết quả của quá trình chuyển tiếp là thông lượng cao hơn nhiều. Sự tăng thêm tốc độ do cấu trúc riêng bên trong switch hoặc router, bao gồm việc sử dụng tăng thêm ASIC (Application-Specific Integrated Circuit), các bus chuyên dụng và sự sắp xếp bộ nhớ. Nhưng nó cũng đúng với các gói không cần chuyển tiếp qua các bus bên internal đến bộ xử lý định tuyến nữa. Ngoài ra còn có nhiều lợi ích khác từ CEF như khả năng hỗ trợ chia tải mà không thể đạt được khi sử dụng mục lưu trữ trong Fast Switching và Optimum Switching.

(hết)