多种交换技术和CEF及其负载均衡

　　一、进程交换技术(process switching)：每一个数据包过来都要查找一次路由表，数据包进入顺序就是数据包出来顺序，按照进程的先后进行。降低系统性能，大量占用系统资源，并且不可以中断IOS进程，需要排队。

　　二、基于缓存的交换(cache-based switching)：一种更有效率的交换机制，它利用了从第一个被交换的数据包所获得的信息优势，第一个数据包进行进程交换。基于缓存的交换，当前运行于处理器上的IOS进程可以被中断，来进行数据包的交换。

　　处理器在进程级别上交换第一个数据包，并在路由缓存中创建一个表项，以便后续、具有相同目的地址的数据包能够基于缓存表项被交换。

　　几种基于缓存交换的交换方式：

　　1、快速交换(fast switching)：使用二叉树来存储转发信息和MAC头改写字符串，以便快速查找和参考。

　　2、最优交换(optimum switching)：在256-way(8-8-8-8，使用4个八位组的IPv4地址映射到4个8bit的结构中)。的基数树中存储转发信息和MAC头改写信息。只有基于路由交换处理器(RSP)的平台才支持最优交换。

　　3、分布式最优交换：将路由选择决策转移到接口处理器上，来减少主CPU进行包交换功能的负担。在路由选择平台的每个接口上都有一个专门的CPU即可。

　　注：最优交换和分布式最优交换从cisco IOS 12.0开始就不再被支持了。

　　4、网络流交换(netflow switching)，通过一种标准的交换机制，处理了流的第一个数据包，然后就创建了网路流缓存。

　　设计网络流交换的目的是，提供一种高效率的机制，来处理扩展或复杂的访问列表时，不必像其他的交换方式一样丧失同样多的系统性能。在网络流交换方式下，能够为每一个流收集详细的记账信息，对于新发布的IOS软件来说，网络流交换被专门用来实现该目的，而不再用来交换数据包了。

　　在同时启用CEF和网络流交换的情况下，CEF为IP数据包提供交换路线，并生成流缓存，而网络流交换被用来向流收集器输出统计信息。这些流信息包括基于每个用户、每种协议、每个端口以及每种类型的服务统计信息。这些信息被广泛用于各种目的，例如：网络分析和规划、记账以及计费。

　　基于缓存交换的缺点：

　　1、是流量驱动的，依赖于第一个数据包的接收以生成缓存，这个数据包是在慢速交换路线中被交换的，导致了低性能和高CPU消耗。

　　2、缓存是基于IP地址的，条目众多，消耗大量内存。

　　3、由于路由抖动导致了无效缓存，促使网络不稳定。

　　三、CEF(cisco express forwarding，cisco快速交换)

　　进程交换和基于缓存的交换都是数据驱动(data-driven)，CEF是拓扑驱动(topology-driven)，并与路由选择表紧密相关。

　　优点：

　　1、可扩展性(Scalability)：当激活了分布式CEF(Distributed CEF)模式时，CEF在每一块线卡(line card)上也提供了全部的交换能力。

　　2、增强了性能：CEF使用CPU率较低，更多的CPU处理能力可以专注于第3层的服务，比如动态路由协议的运行。

　　3、弹性(Resilience)：在大型动态网络中，CEF提供了更好的一致性和稳定性。

　　CEF 是由新的cisco设备使用的提供线速路由选择的技术。CEF让分组交换完全绕过路由处理器，通过专门的数据结构来完成，该数据结构通过路由处理器和交换处理器之间的一个通信过程来动态更新。通常，CEF被认为是“没有路由，一直交换”

　　基于CEF的机制针对所有的分组，包括给定流中的第一个分组都用硬件处理的。路由选择表仍然由路由器的CPU维护，但是创建了两张额外的表：

　　1、转发信息库(FIB，Forwarding Information Base)表：该表是从路由选择表中拷贝过来的转发信息，不包括任何路由选择协议信息。路由表有任何增删变化，FIB表均会随之变化

　　2、邻接表：维护一个邻近结点(如果两个节点能通过第2层一跳到达彼此则被认为是邻接)以及他们相关的第2层MAC重写或下一条信息的数据库。

　　FIB表由一棵四层的树组成，是按照IPv4所使用的点分十进制来分层的，CEF依赖最长匹配转发算法，这意味着按照降序搜索整棵树知道“最长匹配”。