CEF является новейшим и самым быстрым, доступным в IOS методом коммутации. Механизм CEF был изобретен, чтобы помочь преодолеть основные недостатки метода быстрой коммутации, такие как:
· Отсутствие поддержки перекрывающихся записей кэша;
· Любое изменение в таблице маршрутизации или кэширования результатов ARP в части признания недействительными крупных разделов кэша маршрутов, потому что мало или нет корреляции между кэша маршрутов и таблиц, на которых основывается кэш;
· Первый пакет для любого данного назначения должен быть включен процесс для создания элемента кэша маршрута;
· Неэффективная балансировка нагрузки в некоторых ситуациях (в первую очередь в тех, когда множество хостов взаимодействуют с одним сервером);
Устройства Cisco, которые поддерживают коммутацию уровня 3, используют технологию Cisco Express Forwarding (CEF). Этот метод пересылки пакетов довольно сложен, но, к счастью, как и любая хорошая технология, он в основном выполняется в фоновом режиме. Обычно устройствам Cisco требуется небольшая настройка для использования технологии CEF.
По сути, CEF отделяет обычную строгую взаимозависимость между процессами принятия решений уровня 2 и уровня 3. Замедляет пересылку IP-пакетов постоянное взаимное обращение между структурными компонентами уровня 2 и 3 внутри сетевого устройства. Таким образом, ускорение пересылки пакетов происходит в том объёме, в каком возможно отделение структур данных уровней 2 и 3.
Двумя основными компонентами функционирования технологии CEF являются:
· База данных о переадресации (FIB)
· Таблицы смежности
По своей концепции FIB напоминает таблицу маршрутизации. Маршрутизатор использует таблицу маршрутизации, чтобы определить оптимальный путь к сети назначения, основываясь на сетевой части IP-адреса назначения. При использовании CEF информация, которая ранее хранилась в кэше маршрута, вместо этого сохраняется в нескольких структурах данных для коммутации CEF. Структуры данных обеспечивают оптимизированный поиск эффективной переадресации пакетов. Сетевое устройство использует таблицу поиска FIB, чтобы принять решение о коммутации в зависимости от назначения, не обращаясь при этом к кэшу маршрута.
FIB обновляется при появлении изменений в сети и содержит все маршруты, известные на тот момент. Таблицы смежности поддерживают адреса следующего перехода уровня 2 для всех записей FIB. Разделение информации о достижимости (в таблице FIB) и о пересылке (в таблице смежности) предоставляет следующие преимущества:
· Таблица смежности может быть создана независимо от таблицы FIB, что позволяет создавать обе таблицы без коммутации каких-либо обрабатываемых пакетов;
· Перезапись заголовка MAC, используемая для передачи пакета, не хранится в записях кэша, вследствие чего для изменений в строке перезаписи заголовка MAC не требуется аннулирование записей кэша;
Поддерживаемые устройства
Cisco ISR Series Routers (800, 1900, 2900, 3900 series), Cisco 7200 and 7600 Series и ныне устаревший маршрутизаторы, а также Cisco Catalyst 3750-X, 3560-X, 3750-E, 3560-E, 3750G, 3560G, 2960 и коммутаторы серии 2960-S.
Cisco IOS-XE
IOS XE представляет собой усовершенствованную версию операционной системы Cisco IOS. Архитектура IOS XE спроектирована для маршрутизаторов, коммутаторов и устройств, многие годы функционирующих на IOS, при этом добавляя новые функциональные возможности и преимущества из среды POSIX. Она предоставляет набор системных служб, которые ориентированы на интеграцию сетевых приложений на платформу.
Архитектура IOS XE и набор API расширяют IOS для улучшения переносимости между платформами и за пределами IOS. Эта расширяемость открывает новые возможности для интеграции приложений с IOS.
IOS XE сохраняет внешний вид и набор команд IOS, обеспечивая при этом повышенную улучшенную функциональность. IOS XE, как и IOS 15.0 работает как единый демон IOSd современной операционной системы Linux. Дополнительные функции системы теперь работают в качестве расширений, отдельные процессы в среде ОС.
Запуск IOS и других приложений как отдельные процессы также позволяет сбалансировать нагрузку на многоядерный процессор, позволяющий каждому процессу использовать отдельной поток вычислительной мощности.
В IOS XE осуществляет разделение Control Plane и посредством введения Forwarding и Feature Manager (FFM) и его стандартный интерфейс драйвера Forwarding Engine (FED). FFM предоставляет набор API-интерфейсов для процессами Control Plane. В свою очередь, программы FFM управляют Data Plane через накормлены и поддерживают состояние пересылки для системы. FED является частью аппартаного драйвера Data Plane и обеспечивается платформой.
Абстракция платформы
Так исторически сложилось, что IOS служил в качестве ОС, а также обслуживала ключевую инфраструктуру маршрутизации. В IOS всегда существовал аспекты платформозависимого Platform Dependent (PD) и независимый Platform Independent (PI) кода. IOS XE позволяет PD коду быть абстрагированым от единого монолитного образа. Перемещая водителей вне IOS, IOS XE позволяет более чисто PI-ориентированного процесса IOS. Это обеспечивает более эффективную модель доступа ПО как для разработчиков ядра IOS, так и для разработчиков платформы, так как ПО может быть разработано, упаковано и выпущено независимо от других компонентов.
Интеграция приложений
До IOS XE единственным способом интеграции функциональности в продукт IOS было либо портирование функциональности в состав ОС либо запуск на обслуживающем сервере за пределами IOS. IOS XE позволяет интегрировать стороние приложения через следующие механизмы:
· Стандартное окружение Linux-среды для размещения приложений;
· Расширение функциональных возможностей IOS в периферийных приложений через четко определенные API, экспортируемые с помощью открытых Linux библиотек;
· Обеспечение инфраструктуру управления под названием Common Management Technology (COMET), которая позволяет использовать CLI, XML, SNMP, HTTP управление на основе интегрированных приложений.
Архитектура ПО
Основой IOS XE является среда POSIX вместе с свободным и открытым исходным кодом (FOSS) для общих драйверов, инструментов и утилит, необходимых для управления системой. В дополнение к стандартному набору имеющихся драйверов, IOS XE состоит из набора специфичных драйверов Cisco и связанных с ними модулями шасси / управления платформой.
Поверх базовой ОС и драйверов, IOS XE предоставляет набор инфраструктурных модулей, которые определяют, как установлено программное обеспечение, как и в какой очерёдности запускаются процессы, как выполняются обновление ПО и, наконец, как приложения управляются с операционной точки зрения. Ядро, которое работает поверх этой новой инфраструктуры является набор функций IOS.
Эволюционировшая архитектура IOS разработана специально для размещения других приложений за пределами IOS. Эти приложения могут либо быть тесно интегрированы с IOS или же они могут работать бок о бок с IOS без потребностей взаимодействия. Эти приложения могут быть обновлены или перезапущены независимо от IOS. Если приложению не требуются никакие услуги IOS, оно интегрируется с IOS через набор клиентских библиотек под названием "точки обслуживания".
Модули шасси
Устройство Cisco Series Router базируется на распределенном устройстве Control Plane, чтобы добавить еще один уровень отказоустойчивости системы. Отдельный процессор управления включается на каждом из основных компонентов системы маршрутизатора (Маршрутный процессор, ESP, и SIP), которые управляют локальными ресурсами и структурой данных.
Различные процессоры в платформе имеют следующие основные функции:
Маршрутный процессор
· Обеспечение работы Control Plane (Cisco IOS), включая обработку пакетов управления сетью, вычисление маршрутов и установления соединения
· Управление портов и индикаторов, интерфейс командной строки (CLI), сигнализации и сети
· Загрузка кода для других компонентов системы
· Выполнение активной обработки маршрутной информации, выбора ESP и синхронизации режимов работы
· Выполнение процесса журналирования, ведение журнала сбоев и аггрегированной статистики