思科快速转发CEF（一）

CISCO快速转发

路由器最基本的功能是在网络中转移报文，这种报文的转移基于一张转发表完成的。路由器对于每一种转发报文的协议都有一张独立的转发表，这些协议可能包括IP，IPX，AppleTalk，MPLS等。

有3种基本的方式实现转发：进程交换，干扰交换，ASIC（通用集成电路）。因为我没有查到干扰交换的具体内容，本文不做介绍。

进程交换是所有交换方式中最慢的一种。当通过路由器交换报文的时候，CISCO IOS进程会将报文复制到CPU缓存，并在IP路由表中进行查找。查到后进行一些管理性处理，包括改TTL，重新计算CRC。整个过程由中央CPU监控，没有其他的基于硬件的帮助。

快速转发
快速转发会创建一张按需转发表，对于去往每个目的地的一个报文实行进程交换，通过中央CPU完成，然后创建一个IP快速交换路由缓存。这个缓存不是永久的，它有一些计时器管理，只要有报文转发，这些条目就会存在，如果经过一段时间没有报文转发，条目将被删除以释放空间。
下图就是一个IP快速交换路由缓存的示例：



可以看出，对于每一个prefix都有一些参数：老化时间，接口，下一跳和第二层重写信息。这张图中你看到的二层信息是0F000800。其中，0F00是表明使用HDLC封装，0800是IPv4的协议号。

CEF交换
虽然有了快速交换，使得交换报文变的快速。但是到达每个目的的第一个报文依旧要实行进程交换，这样就很麻烦。而且，当目的地变的多起来的时候，时间的消耗就变得非常明显。避免这个问题的解决办法就是预先创建交换信息表。
这个CEF交换表就是根据路由表创建的，路由表发生变化的时候它相应的也会变化。

组成CEF的两个组件
CEF由两张表组成：CEF邻接表和CEF转发表

邻接表：
邻接表用于MAC或者第二层信息的重写。第二层信息能通过ARP，ATM，FrameRelay的映射状态等方式学到。下图中就有对应的第二层字段以及这些字段是如何被学习到的。



CEF表：
也叫FIB，用于进行3层的转发决策。路由表中关于转发比较核心的内容如：IP前缀，递归的下一跳，出站接口会记录在CEF表中。但是非核心的东西比如管理距离和度量值就被CEF表忽略了。



当报文进入路由器的时候，路由器将报文的二层信息剥掉。在CEF表中查找相关的IP地址，进行转发决策。决策结果会指向邻接表的一条条目。在邻接表中找回二层需要重的写信息，构建新的二层头部，转发到对应的下一跳接口。通过这两张表，CEF同时扮演了第3层查找和第2层祯重写的角色。

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