فهم إعادة التوجيه السريع Cisco Express Forwarding

المقدمة

يصف هذا وثيقة cisco Express Forwarding ((CEF) switching وكيفية تنفيذه في موجه الإنترنت Cisco 12000 Series Internet Router.

المتطلبات الأساسية

المتطلبات

لا توجد متطلبات خاصة لهذا المستند.

المكونات المستخدمة

لا يقتصر هذا المستند على إصدارات برامج ومكونات مادية معينة.

تم إنشاء المعلومات الواردة في هذا المستند من الأجهزة الموجودة في بيئة معملية خاصة. بدأت جميع الأجهزة المُستخدمة في هذا المستند بتكوين ممسوح (افتراضي). إذا كانت شبكتك قيد التشغيل، فتأكد من فهمك للتأثير المحتمل لأي أمر.

الاصطلاحات

للحصول على مزيد من المعلومات حول اصطلاحات المستندات، راجع اصطلاحات تلميحات Cisco التقنية.

نظرة عامة

تحويل إعادة التوجيه السريع (CEF) من Cisco هو شكل خاص لتحويل قابل للتطوير مخصص مخصص لمعالجة المشاكل المرتبطة بالتخزين المؤقت للطلب. باستخدام تحويل CEF، يتم تقسيم المعلومات التي يتم تخزينها بشكل تقليدي في ذاكرة التخزين المؤقت للمسار عبر بنى بيانات متعددة. وتستطيع رمز إعادة التوجيه السريع (CEF) الحفاظ على بنى البيانات هذه في معالج التوجيه gigabit Route Processor (GRP)، وأيضا في المعالجات الثانوية مثل بطاقات الخط في موجهات 12000. تتضمن بنيات البيانات التي توفر البحث المحسن لإعادة توجيه حزم البيانات بشكل فعال ما يلي:

• جدول قاعدة معلومات إعادة التوجيه (FIB) - يستخدم CEF FIB لاتخاذ قرارات تحويل تستند إلى بادئة وجهة IP. يشبه FIB نظريا جدول توجيه أو قاعدة معلومات. وهو يحافظ على صورة متطابقة لمعلومات إعادة التوجيه الموجودة في جدول توجيه IP. عند حدوث تغييرات في التوجيه أو المخطط في الشبكة، يتم تحديث جدول توجيه IP، وتنعكس هذه التغييرات في FIB. يحتفظ FIB بمعلومات عنوان الخطوة التالية استنادا إلى المعلومات الموجودة في جدول توجيه IP. ونظرا لوجود إرتباط واحد إلى واحد بين إدخالات FIB وإدخالات جدول التوجيه، يحتوي FIB على جميع المسارات المعروفة ويلغي الحاجة إلى صيانة ذاكرة التخزين المؤقت للمسار التي ترتبط بمسارات التحويل مثل التحويل السريع والتبديل الأمثل.

• جدول التجاور - يقال إن العقد في الشبكة متجاورة إذا كان بإمكانها الوصول إلى بعضها البعض باستخدام خطوة واحدة عبر طبقة إرتباط. بالإضافة إلى FIB، يستخدم CEF جداول التجاور لإضافة معلومات عنونة الطبقة 2. يحتفظ جدول التجاور بعناوين الخطوة التالية للطبقة 2 لجميع إدخالات FIB.

يمكن تمكين CEF في أحد الوضعين:

• وضع CEF المركزي - عند تمكين وضع CEF، تقع جداول CEF FIB والتجاور على معالج التوجيه، ويقوم معالج التوجيه بإعادة التوجيه السريع. يمكنك إستخدام وضع CEF عندما لا تكون بطاقات الخط متوفرة لتحويل CEF، أو عندما تحتاج إلى إستخدام ميزات غير متوافقة مع تحويل CEF الموزع.

• وضع إعادة التوجيه السريع الموزعة (dCEF) - عند تمكين dCEF، تحتفظ بطاقات الخط بنسخ متطابقة من جداول FIB وجداول التجاور. يمكن لبطاقات الخط أداء إعادة التوجيه السريع بنفسها، وهذا يعفي المعالج الرئيسي - معالج التوجيه gigabit (GRP) - من المشاركة في عملية التحويل. هذه هي طريقة التحويل الوحيدة المتاحة على موجه سلسلة Cisco 12000.

  يستخدم برنامج DCEF آلية الاتصال بين العمليات (IPC) لضمان مزامنة جداول عمليات البنية الأساسية (FIB) والتجاور على معالج التوجيه وبطاقات الخط.

للحصول على مزيد من المعلومات حول تحويل CEF، راجع التقرير الرسمي لإعادة التوجيه السريع من Cisco (CEF) .

عمليات CEF

تحديث جداول توجيه GRPs

الشكل 1 يوضح العملية التي يتم من خلالها إرسال حزمة تحديث التوجيه إلى معالج التوجيه gigabit route processor (GRP) ورسائل تحديث إعادة التوجيه الناتجة إلى جداول FIB على بطاقات الخط.

من أجل الوضوح، فإن ترقيم الفقرات التالية يرادف الترقيم في الشكل 1.

تحدث العملية التالية أثناء تهيئة جدول المسار، أو أي وقت تتغير فيه مخطط الشبكة (عند إضافة المسارات أو إزالتها أو تغييرها). تتضمن العملية الموضحة في الشكل 1 خمس خطوات رئيسية:

1. يتم وضع مخطط بيانات IP في المخازن المؤقتة للإدخال على بطاقة خط التلقي (بطاقة خط الدخول)، ويدخل محرك إعادة التوجيه L2/L3 معلومات الطبقة 2 والطبقة 3 في الحزمة ويرسلها إلى معالج إعادة التوجيه. يحدد معالج إعادة التوجيه أن الحزمة تحتوي على معلومات توجيه. يرسل معالج إعادة التوجيه المؤشر إلى قائمة انتظار الإخراج الظاهري (VOQ) لبروتوكول GRP ويشير إلى أنه يجب إرسال الحزمة في ذاكرة التخزين المؤقت إلى GRP.

2. تصدر بطاقة الخط طلبا إلى الساعة وبطاقة المجدول (CSC). تصدر بطاقة المجدول منحة، ويتم إرسال الحزمة عبر بنية التحويل إلى GRP.

3. يعالج بروتوكول GRP معلومات التوجيه. يقوم المعالج R5000 (المعالج) الموجود على بروتوكول GRP بتحديث جدول توجيه الشبكة. بناء على معلومات التوجيه في الحزمة، يمكن أن يحتاج معالج الطبقة 3 إلى تدفق معلومات حالة الارتباط إلى الموجهات المجاورة (إذا كان بروتوكول التوجيه الداخلي هو فتح أقصر مسار أولا [OSPF]). يقوم المعالج بإنشاء حزم IP التي تحمل معلومات حالة الارتباط والتحديث الداخلي لجداول FIB. وبالإضافة إلى ذلك، يقوم بروتوكول GRP بحساب جميع المسارات المتكررة التي تحدث عند توفير الدعم لكل من بروتوكول داخلي وبروتوكولات العبارة الخارجية (على سبيل المثال، بروتوكول العبارة الحدودية [BGP]).

   يتم إرسال معلومات المسار المتكرر المحسوبة إلى FIBs في كل بطاقة خط. وهذا يسرع عملية إعادة التوجيه بشكل كبير، لأن معالج الطبقة 3 على بطاقة الخط يمكن أن يركز على إعادة توجيه الحزمة ولا يقوم بحساب المسار المتكرر.

4. يرسل بروتوكول GRP تحديثات داخلية لجداول FIB على جميع بطاقات الخط ويتضمن تلك الموجودة على بروتوكول GRP. إن تحديثات FIB لبطاقات الخط تتم مراقبتها وتخزينها. تحتوي بروتوكول GRP على نسخة من كل جدول FIB لبطاقة خط، لذلك إذا تم إدراج بطاقة خط جديدة في الهيكل، فإن بروتوكول GRP يقوم بتنزيل أحدث معلومات إعادة التوجيه إلى البطاقة الجديدة بمجرد أن تصبح هذه البطاقة نشطة.

5. يتم إعلام بروتوكول GRP، من بطاقات الخط، كلما تم توصيل موجه مجاور جديد بالموجه 12000. يرسل المعالج على بطاقة الخط حزمة إلى GRP تحتوي على معلومات الطبقة 2 الجديدة (عادة معلومات رأس بروتوكول الاتصال من نقطة إلى نقطة (PPP)). يستخدم بروتوكول GRP معلومات الطبقة 2 هذه لتحديث جدول التجاور الموجود على GRP وعلى بطاقات الخط. تضيف كل بطاقة خط هذه الطبقة 2 معلومة إلى كل حزمة بما أن الربط يكون أرسلت من ال 12000 مسحاج تخديد. يتم الاحتفاظ بنسخة من جدول التجاور على GRP لأغراض التهيئة.

الشكل 1: تحديد المسار ومخطط تحويل الطبقة 3

تحديد المسار ومخطط تحويل الطبقة 3

إعادة توجيه الحزمة لجميع بطاقات الخط باستثناء OC48 و QOC12

بمجرد أن تحتوي بطاقات الخط على معلومات إعادة توجيه كافية لتحديد المسار من خلال بنية التحويل (على سبيل المثال، وجهة الخطوة التالية)، يكون الموجه 12000 جاهزا لإعادة توجيه الحزم. توضح الخطوات التالية تقنية إعادة التوجيه البسيطة والسريعة المستخدمة من قبل الموجه 12000 (راجع الشكل 1). من أجل الوضوح، تتطابق كتابة الفقرات مع الكتابة في الشكل 1.

• أ. يتم وضع مخطط بيانات IP في المخازن المؤقتة للإدخال على بطاقة خط التلقي (بطاقة خط Rx)، ويعمل محرك إعادة توجيه L2/L3 على الوصول إلى معلومات الطبقة 2 والطبقة 3 في الحزمة وإرسالها إلى معالج إعادة التوجيه. يحدد معالج إعادة التوجيه أن الحزمة تحتوي على بيانات وأنها ليست تحديث توجيه. استنادا إلى معلومات الطبقة 2 والطبقة 3 في جدول FIB، يرسل معالج إعادة التوجيه المؤشر إلى بطاقة الخط المناسبة VOQ مشيرا إلى أن الحزمة في ذاكرة التخزين المؤقت سيتم إرسالها إلى بطاقة الخط تلك.

• b.تقوم خدمة جدولة بطاقة الخط بإصدار طلب إلى المجدول. يصدر المجدول منحة، الربط أرسلت من المخزن المؤقت ذاكرة عبر التحويل بناء إلى الخط بطاقة (tx خط بطاقة).

• C.يخزن TX Line Card الحزم الواردة مؤقتا.

• D.يقوم معالج الطبقة 3 والدوائر المتكاملة الخاصة بالتطبيقات المرتبطة (ASICs) الموجودة في بطاقة خط Tx بإرفاق معلومات الطبقة 2 (عنوان PPP) بكل حزمة منقولة. ضاعفت الربط لكل ميناء على الخط بطاقة (إن يحتاج).

• E.ترسل أجهزة إرسال بطاقة خط Tx الحزمة عبر واجهة الألياف.

وتتمثل الميزة من عملية إعادة التوجيه البسيطة هذه في أن معظم مهام إرسال البيانات يمكن تنفيذها في بطاقات واجهة الشبكة (ASIC)، كما تتيح للطراز 12000 إمكانية العمل بمعدلات جيجابت. كما لا يتم إرسال حزم البيانات أبدا إلى بروتوكول GRP.

إعادة توجيه الحزمة لبطاقات الخط OC48 و QOC12

عندما يتلقى بطاقة الخط ما يكفي من معلومات إعادة التوجيه لتحديد المسار من خلال تحويل بناء (على سبيل المثال، غاية الخطوة التالية)، ال 12000 مسحاج تخديد جاهز لإعادة توجيه الحزم. تمثل الخطوات التالية تقنية إعادة التوجيه البسيطة فائقة السرعة التي يستخدمها الطراز 12000 (انظر الشكل 2). من أجل الوضوح، تتطابق كتابة الفقرات مع الكتابة في الشكل 2.

• أ. يتم إستلام مخطط بيانات IP (ليس تحديث توجيه، وبروتوكول رسائل التحكم في الإنترنت (ICMP)، وحزم IP ذات الخيارات) في بطاقة الخط ويمر بمعالجة الطبقة 2. استنادا إلى معلومات الطبقة 2 والطبقة 3 في جدول FIB المحلي، يحدد معالج الحزمة السريعة وجهة الحزمة ويعدل رأس الحزمة. استنادا إلى الوجهة، يتم بعد ذلك وضع الحزمة في VOQ لبطاقة الخط المناسبة.

• ب. في الحالة النادرة التي لا يمكن فيها لمعالج الحزمة السريعة إعادة توجيه الحزمة بشكل صحيح، تتم معالجة الحزمة بواسطة معالج إعادة التوجيه. يرسل معالج إعادة التوجيه، بناء على معلومات الطبقة 2 والطبقة 3 جدول FIB المحلي الخاص به، المؤشر إلى بطاقة الخط المناسبة VOQ، التي تشير إلى أن الحزمة في ذاكرة التخزين المؤقت سيتم إرسالها إلى بطاقة الخط تلك.

• ج. بمجرد أن تكون الحزمة في VOQ المناسب، يصدر مجدول بطاقة الخط طلبا إلى المجدول. يصدر المجدول منحة، الربط أرسلت من المخزن المؤقت ذاكرة عبر التحويل بناء إلى الخط بطاقة (tx خط بطاقة).

• د. يخزن TX خط بطاقة الربط الوارد.

• ه. يقوم معالج الطبقة 3 و ASICs المرتبطة على بطاقة خط Tx بإرفاق معلومات الطبقة 2 (عنوان PPP) بكل حزمة منقولة. ضاعفت الربط لكل ميناء على الخط بطاقة (إن يحتاج).

• F. ترسل أجهزة إرسال بطاقة خط Tx الحزمة عبر واجهة الألياف.

تتمثل ميزة عملية إعادة التوجيه الجديدة في أنها تعمل على تحسين البطاقة خصيصا لتوفير سرعات أكبر، مثل الطراز OC48/STM16.

الشكل 2: تحويل الحزم لبطاقات خطوط أسرع

تبديل الحزم للحصول على بطاقات خطوط أسرع

معلومات ذات صلة

• الدعم الفني - Cisco Systems