如何选择您的网络的最佳路由器交换路径

前言

有过多交换路径可用对多种Cisco路由器和Cisco IOS版本。最 佳一个如何是哪些为您的网络和他们全部工作？此白皮书是 企图解释以下交换路径中的每一条因此您能做出最佳的决策关于哪 条交换路径适合您的网络。

首先，检 查转发进程。有三个步骤到转发信息包通过路由器：

确定信息包目的地是否是可及的。

确定下一跳往目的地和接口该下一 跳是可及的。

重写媒体访问控制 (MAC)头在信息包因此将成功地到达其下一跳。

这些步骤中的每一个是重要为了信息包能到达其目的 地。

注意： 在本 文过程中，我们使用IP交换路径例如; 实际上如果他们存在 ，这里被提供的所有信息是可适用的到等同的交换路径为其他协议 。

流程转换

流程转换是小公分母在 交换路径; 它为每通信类型是可用的在每个IOS版本，在每 个平台和交换式。流程转换是由二个重要概念定义的：

转发决策和信息在信息包曾经重写 MAC 报头从包含MAC报头信息被映射到每台主机IP 地址直接地连 接到路由器的一些其他表被采取从路由表(从路由信息库或者RIB)和 地址解析协议(ARP)高速缓冲存储器，或者。

信息包由运行在IOS的之内一个正常进程转换。 换句话说，转发决策由通过IOS调度程序和运行被安排的进程 做作为一个对等体到其他进程在路由器，例如路由协议。 在 路由器正常运行没有中断的进程过程交换信息包。

下面的图说明流程转换路径。

较详细地检查此图表：

接口处理器在网络媒介首先 发现那里是一个信息包，并且传输此信息包到路由器的输入-输出内 存。

接口处理器生成一次收到中断信 号。 在此中断期间，中央处理器确定什么类型的信息包这是 (假设它是IP信息包)和复制它到如果需要处理器内存里(此决策根据 平台)。 最后，处理器在适当的处理输入队列放置信息包并 且发布中断。

当下次调度程序运行， 在ip_input 输入队列注释信息包 ，并且安排此进程运行 。

当 ip_input 运行时，参见 RIB确定下一跳和输出接口然后参见ARP高速缓存确定正确的物理层 地址为此下一跳。

ip_input 在正确的出局接口的 输出队列然后重写信息包的MAC报头，并且放置信息包。

信息包从出局接口的输出队列被复制 对出局接口的传输队列; 所有outbound 服务质量发生在这 两个队列之间。

输出接口处理器在其 传输队列发现信息包，并且传输信息包网络媒介。

几乎影响信息包交换的所有功能，例如网络地址转换 (NAT)和策略路由，在流程转换路径做他们的首演。一旦他们 证明，并且优化，这些功能可以或者不可以，出现interrupt上下文转换程序。

中断上下文交换

中断上下文交换是Cisco路由器使用的主要交换方法 的秒钟。中断上下文交换和流程转换的之间主要的区别是：中断当前运行在处理器的进程转换信 息包。仅当可以安排时，信息包被转换根据要求， 而不是 被转换 ip_input 进程。

处理 器使用路由高速缓存的某种表找到所有信息必要转换信息包。

以下图说明中断上下文交换。

较详细地检查此图表：

接口 处理器在网络媒介首先发现那里是一个信息包，并且传输此信息包 到路由器的输入-输出内存。

接口处 理器生成一次收到中断信号。 在此中断期间，中央处理器确 定什么类型的信息包这是(假设它是IP信息包)，然后开始转换信息 包。

处理器搜索路由高速缓存确定如 果信息包目的地是可及的，什么输出接口应该是，什么下一跳往此 目的地是和终于，什么MAC 报头信息包如果成功地必须到达下一跳 。 处理器使用此信息重写信息包的MAC报头。

信息包现在被复制到传输或出局接 口的输出队列(根据多种要素)。收到中断信号现在回归和在 处理器运行的进程在中断发生了之前持续运行。

输出接口处理器在其传输队列发现信息包，并且传输 信息包网络媒介。

浮现在脑海在读此说明以后的第一个问题是"什么在 高速缓冲存储器？" 有三个可能的答案，根据中断上下文交换的种类： 快速交换 最优交换

Cisco快速转 发

我们将查看这些路由高速缓存类型 (或交换路径)中的每一条一次一个。

快速交换

快速交换使用一个二分 树存储转发信息和MAC报头重写字符串作为快速查找和参考。以下图说明一个二分树。

在快速交换， 可达性信息在二分树由一个节点的存在表示为信息包的目的地。 MAC 报头和出局接口为每个目的地在树之内，存储作为节点 的信息一部分。二分树能实际上有上面32 levels?the树为例 证的目的极其缩写。

搜索一个二分树 ，您在根据该编号的树简单开始从左(与最有效位数)在您寻找的(二 进制)编号和分支或左。例如，如果寻找信息与第4有关在此 树，您由分支的权利会开始，因为第一个二进制数字是1。 您在(二进制)编号会跟随树下来，比较下个数字，直到您到达末端 。

快速交换的特性

快速交换有作为 树节点一部分，是二分树结构的结果和MAC报头重写信息存贮的几个 特性。

因为没有路由表和快速缓存内 容(例如MAC报头重写的之间相关性)，大厦缓存条目介入所有处理在 流程转换路径必须完成。 所以，当信息包被过程交换，快速 缓存条目被建立。

因为没有MAC报头 的之间相关性(用于重写)在ARP高速缓存和快速缓存的结构，当 ARP 表更改时，必须无效快速缓存的某个部分(和通过信息包流程 转换再创造)。

快速缓存在路由表之 内能只建立条目在一深度(一个前缀长度)为所有特定目的地。

没有办法从一个条目点到另一个在 快速缓存(MAC报头和出局接口信息之内预计在节点之内)，因此所有 路由递归一定解决当一个快速缓存条目被建立时。换句话说 ，递归路由不可以是解决在快速缓存之内。

使快速交换条目老化

保持快速交换条目从丢 失他们的同步与路由表和ARP高速缓存和保留未使用项在快速缓存从 路由器的过度消耗的内存，1/20th快速缓存无效，随机地，每分钟 。如果路由器内存下降在非常低水印下面，1/5th快速缓存条 目每分钟无效。

快速交换前缀长度

如果能只构件到一个前缀长度为每个目的地，什么前 缀长度快速交换是否建立条目为？在快速交换的之内术语， 目的地是单个可达目的地在路由表之内或者一个主要网络。规则为决定建立特定缓存条目的什么前缀长度是：

如果建立快速的策略项，总缓存到/32 。

如果建立条目ATM上多协议虚拟电路 (MPOA VC)，总缓存到/32。

如果网络 没有分支子网(它是一个主要网络条目)：

如果它直接地连接，使用/32;

否则使用主网掩码。

如果它是Supernet使用Supernet的掩码。

如果网络分支子网：

如果直接地连接，使用/32;

如果有多条路径到此子网，使用/32;

在 其他案件，使用最长的前缀长度在此主网。

负载共享

快速交换整个地是基 于的目的地; 负载共享在每个预定基础上发生。如 果有多条相等费用路径为一个特定目的地网络，快速缓存有一个条 目为每台主机可及在该网络之内，但所有数据流被注定到一台特定 主机跟随一条链路。

最优交换

最优交换在一棵256种方式multiway树(256 种方式 mtree)存储转发信息和MAC报头重写信息。使用mtree减少必 须采取当查找前缀，如下表所示时步骤的数量。

用于每个八位 位组确定采取的哪些256个分组在树的每个级别，意味着有，至多， 在找到所有目的地涉及的4查找。为更短的前缀长度，仅 one-three查找可能需要。作为树节点一部分，MAC报头重写 和输出接口信息被存储，仍然因此高速缓存无效和过期在快速交换 发生正如。

最优交换也确定前缀长 度为每缓存条目以与快速交换相似的方式。

Cisco快速转发

Cisco快速转发，也使 用一个256方式数据结构存储转发和MAC报头重写信息，但不使用一 棵树。Cisco快速转发使用一trie，意味着实际信息被搜索为 不在数据结构; 反而，数据在一个独立数据结构存储，并 且trie简单指向它。换句话说，而不是存储出局接口和MAC报 头重写在树之内，Cisco 快速转发在称为邻接表的一个独立数据结 构存储此信息。

可达性信息( 在Cisco快速转发表里)和转发信息的此分离(在邻接表里)，提供一 定数量的好处：

邻接表可以分开被 构件与Cisco快速转发表，允许两个构件没有过程交换任何信息包。

用于的MAC报头重写转发信息包在缓 存条目在MAC报头重写字符串没有存储，如此更改不要求缓存条目的 无效。

递归路由可以通过指向解决 recursed 下一跳，而不是直接地到转发信息。

根本，排除所有高速缓冲存储器过期，并且根据信息 预修造的高速缓冲存储器包含在路由表和ARP高速缓存。没有 需要过程交换所有信息包建立缓存条目。

其他条目在邻接表里

除MAC报头重写字符 串和出局接口信息之外，邻接表能包含条目。某些在邻接表 里可以安置条目的多种类型包括：

缓存 A用于的MAC报头重写字符串和出局接口到 达一个特定的相邻主机或路由器。

收到 信息包被注定到此IP 地址应该由路由器 接受。这包括在路由器和地址配置的广播地址。

应该 投下 下落 信息包被注定到此IP地址。这能用于数据 流否决由访问控制列表或者被路由对空接口。

平底船 Cisco快速转发不能转换 此信息包; 通过它对下佳交换方法(一般快速交换)的处理。

搜集 下一跳直 接地附有，但没有MAC报头重写字符串现在可以得到。

收集邻 接

搜集邻接条目表明 特定的下一跳应该直接地连接，但没有MAC报头重写有用的资料。 这些如何获得构件和使用？默认情况下路由器运行 Cisco快速转发和附有广播网络，正如被显示在上下面的图，建立一 定数量的邻接表条目。

被建立的默认 情况下四个邻接表条目是：

10.1.1.0/24, version 17, attached, connected
0 packets, 0 bytes
via Ethernet2/0, 0 dependencies
valid glean adjacency
10.1.1.0/32, version 4, receive
10.1.1.1/32, version 3, receive
10.1.1.255/32, version 5, receive

那里附 注是四个条目：三接受和一个搜集。而搜集条目在连 接的网络，表示地址空间的剩下的事其中每一接受条目表示在路由 器或地址配置的广播地址。 如果信息包为主机10.1.1.50收 到，路由器尝试交换它，并且查找它被解决到此搜集邻接。 Cisco快速转发然后发信号ARP高速缓存条目为10.1.1.50是需 要的，ARP进程发送ARP 信息包，并且适当的邻接表条目从新的 ARP 高速缓存信息被建立。在此步骤完成之后，10.1.1.50。
　　
10.1.1.0/24, version 17, attached, connected
0 packets, 0 bytes
via Ethernet2/0, 0 dependencies
valid glean adjacency
10.1.1.0/32, version 4, receive
10.1.1.1/32, version 3, receive
10.1.1.50/32, version 12, cached adjacency 208.0.3.2
0 packets, 0 bytes
via 208.0.3.2, Ethernet2/0, 1 dependency
next hop 208.0.3.2, Ethernet2/0
valid cached adjacency
10.1.1.255/32, version 5, receive
路由器接受注 定为10.1.1.50的下一个信息包通过此新的邻接是交换式。

负载共享

Cisco快速转发比其他 中断上下文交换模式也利用分离在Cisco快速转发表和邻接表之间提 供负载共享的一张更好的表。加载共享表插入在Cisco快速 转发表和邻接表之间，如下图所示的。

Cisco快速转 发表指向此加载共享表，包含指针对多种邻接表条目为可用的并行 路径。 起源和目的地址通过Hash算法确定使用的哪个负载分 摊表条目为每个信息包。在每个信息包使用一个不同的负载 分摊表条目情况下，可以配置每个信息包负载共享。

每个加载共享表有之中路径可用在 路由表里分开根据流量共享计数器的16个条目在。如果流量 共享计数器在路由表里是全部1 (和一旦多条相等费用路径)，每可 能的下一跳从加载共享表接受指针的一个相同数量的。如果 可用的路径的数量不均匀地是可分的到16 (因为有16个负载分摊表 条目)，一些路径比其他将有更多条目。

开始在IOS 12.0，在加载共享表里减少条目的数量确 定每条路径有负载分摊表条目的一个均衡编号。例如，如果 有三个相等费用路径在路由表里，只有使用15个负载分摊表条目。

哪条交换 路径是最佳？

每当 可能，您希望您的路由器交换在中断上下文因为它比流程级交换是 至少命令大小快速。Cisco快速转发交换比其他交换模式确定 地快速和好。如果协议和IOS您运行技术支持它，我们推荐您 使用Cisco快速转发。这是特别真的如果有应该负载共享的一 定数量的并行链路数据流。