はじめに
このドキュメントでは、Cisco Express Forwarding(CEF)について説明します。
前提条件
要件
このドキュメントに関する固有の要件はありません。
使用するコンポーネント
このドキュメントの内容は、特定のソフトウェアやハードウェアのバージョンに限定されるものではありません。
このドキュメントの情報は、特定のラボ環境にあるデバイスに基づいて作成されました。このドキュメントで使用するすべてのデバイスは、クリアな(デフォルト)設定で作業を開始しています。本稼働中のネットワークでは、各コマンドによって起こる可能性がある影響を十分確認してください。
概要
Cisco Express Forwarding(CEF)スイッチングは、キャッシング要求に関連した問題に対処するための、Cisco 独自のスケーラブルなスイッチングの形態です。CEFは、Cisco IOSに組み込まれた高度なレイヤ3 IPスイッチングアーキテクチャで、従来のルートキャッシュモデルの後継です。高度に最適化された転送テーブルと別個の隣接関係テーブルを維持し、CPUの関与を最小限に抑えてラインレートのパケット転送を可能にします。パケットがルータまたはスイッチに到着するたびに、パケットの転送先をデバイスが決定する必要があります。パケットの有効性が確認され、Access Control List(ACL;アクセスコントロールリスト)またはその他の廃棄条件が満たされると、デバイスはルーティングテーブルを参照して最適な発信インターフェイスを決定します。シスコのルータおよびスイッチは、プロセススイッチング、ファストスイッチング、またはCisco Express Forwardingの3つの方法でこのルックアップを実行できます。
CEFを使用すると、デバイスは、すべてのルートをプロアクティブに計算し、各パケットがルックアップをトリガーするのを待たずに、2つの最適化されたデータ構造、つまり転送情報ベース(FIB)と隣接関係テーブルにインストールします。最近のプラットフォームでは、これらのテーブルがハードウェアのフォワーディングプレーンと同期されているため、パケット単位のCPUオーバーヘッドが低く、パケット/秒のスループットが高く、一貫したフォワーディング動作が得られます。このため、最近のシスコプラットフォームではCEFがデフォルトで有効になっており、高パフォーマンスのIPネットワークの基盤となっています。
CEFコアコンポーネント
- Forwarding Information Base(FIB;転送情報ベース)テーブル:CEFはFIBを使用して、IPの宛先プレフィクスベースの決定を行います。つまり、FIBはCEFの宛先データベースです。 FIBは、ルータのIPルーティング情報ベース(RIB)の1対1のミラーですが、ハードウェアで可能な限り迅速なプレフィックスルックアップを実現するように再編成されています。IPルーティングテーブルが変更されるたびに(ルーティングプロトコルの更新、スタティックルートの変更など)、これらの変更はFIBにすぐに反映されるため、転送は常に最新のトポロジ情報を使用します。各FIBエントリは、宛先プレフィックスと1つ以上のネクストホップポインタで構成されます。ECMP(等コストマルチパス)が設定されると、FIBはプレフィックスごとに複数のポインタを保持して、パケット単位または宛先単位のロードバランシングをサポートします。FIBは、(最近使用されたルートの単なるデマンドキャッシュではなく)すべての既知のルートを含めることで、ルートキャッシュメンテナンスの必要性を排除し、トポロジの解約時のキャッシュスラッシュを防止し、安定した予測可能な転送パフォーマンスを提供します。
CEFの動作モード
CEFの基本パケットフロー
次のステップのリストは、パケットがCEFスイッチングされる方法について説明しています。
- デバイスのインターフェイスプロセッサは、ネットワークメディアからパケットを読み取り、インターフェイスの受信(RX)リングと呼ばれるバッファメモリに格納します。
- デバイスのインターフェイスプロセッサが、メインプロセッサに受信割り込みを送信します。残りのスイッチングは、この割り込みの間に行われます。
- デバイスは、宛先IPアドレスを検索キーとして使用して、FIB内の宛先の最長一致検索を実行します。FIBルックアップが失敗すると、パケットはドロップされます。ルックアップが成功すると、FIBパスが選択され、デバイスは対応する隣接関係エントリへのポインタを使用します。
- デバイスは、隣接関係テーブルからのカプセル化文字列を使用してレイヤ2ヘッダーを書き換え、発信インターフェイスでの送信用にパケットを正しい出力キューに入れます。
- 次に、正常にスイッチされたパケットが、発信インターフェイスの送信(TX)リングにキューイングされます。
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