IP スイッチング Cisco Express Forwarding コンフィギュレーション ガイド、Cisco IOS XE Release 3S（Cisco ASR 1000）

シスコ エクスプレス フォワーディングは、Cisco IOS ソフトウェア Release 12.0 以降を実行しているほとんどのシスコ プラットフォームで、デフォルトでイネーブルになっています。 シスコ エクスプレス フォワーディングをルータでイネーブルにすると、ルート プロセッサ（RP）がエクスプレス フォワーディングを実行します。

ご使用のプラットフォーム上でシスコ エクスプレス フォワーディングがイネーブルかどうか確認するには、show ip cef コマンドを入力してください。 シスコ エクスプレス フォワーディングがイネーブルの場合は、次のような出力が表示されます。

Router# show ip cef 
Prefix              Next Hop            Interface
[...]
10.2.61.8/24        192.168.100.1       FastEthernet1/0/0
                    192.168.101.1       FastEthernet6/1
[...]

ご使用のプラットフォーム上でシスコ エクスプレス フォワーディングがイネーブルでない場合、show ip cef コマンドの出力は次のようになります。

Router# show ip cef
%CEF not running

分散型シスコ エクスプレス フォワーディングは、Catalyst 6500 シリーズ スイッチ、Cisco 7500 シリーズ ルータ、および Cisco 12000 シリーズ インターネット ルータで、デフォルトでイネーブルになっています。 プラットフォーム上で分散型シスコ エクスプレス フォワーディングがイネーブルになっている場合、ラインカードはエクスプレス フォワーディングを実行します。

プラットフォーム上でシスコ エクスプレス フォワーディングがイネーブルになっていない場合は、ip cef コマンドを使用して（集中型）シスコ エクスプレス フォワーディングをイネーブルにするか、または ip cef distributed コマンドを使用して分散型シスコ エクスプレス フォワーディングをイネーブルにします。

• パフォーマンスの向上：シスコ エクスプレス フォワーディングは、高速スイッチング ルート キャッシングに比べて CPU に負担がかかりません。 その結果、より多くの CPU 処理能力を Quality of Service（QoS）や暗号化などのレイヤ 3 サービスに向けることができます。
• スケーラビリティ：分散型シスコ エクスプレス フォワーディング モードがアクティブな場合、シスコ エクスプレス フォワーディングでは、各ラインカードのスイッチング キャパシティをフルに活用できます。 分散型シスコ エクスプレス フォワーディングは、ルータに設置されているインターフェイス カード数および帯域幅に従って、リニアに拡張する分散型スイッチング メカニズムです。
• 復元力：シスコ エクスプレス フォワーディングは、大規模な動的ネットワーク上で比類ないレベルのスイッチング一貫性と安定性を提供します。 動的ネットワークでは、ルーティング変更によって、高速にスイッチングされるキャッシュ エントリが頻繁に無効化されます。 このような変更が行われると、トラフィックはルート キャッシュを使用した高速交換ではなく、ルーティング テーブルを使用したプロセス交換で処理されるようになります。 転送情報ベース（FIB）ルックアップ テーブルには、ルーティング テーブル内に存在する既知のすべてのルートが含まれているため、ルート キャッシュ メンテナンスの必要性がなくなり、高速スイッチまたはプロセス スイッチ フォワーディングに関連する手順が不要になります。 シスコ エクスプレス フォワーディングは、一般的なデマンド キャッシング スキームより効率的にトラフィックを切り替えることができます。

ネットワークのどの部分でもシスコ エクスプレス フォワーディングを使用できます。 たとえば、次の図に、集約ポイントのルータで実行されるシスコ エクスプレス フォワーディングを示します。ここはネットワークのコアで、トラフィック レベルが高く、パフォーマンスが重要です。

図 1. シスコ エクスプレス フォワーディングの例

ネットワーク コアにあるプラットフォームのシスコ エクスプレス フォワーディングは、絶え間ない成長と増え続けるネットワーク トラフィックに対応するために、ネットワークが必要とするパフォーマンスとスケーラビリティを提供します。 シスコ エクスプレス フォワーディングは、ルータに設置されているインターフェイス カード数および帯域幅に従って、リニアに拡張する分散型スイッチング メカニズムです。

シスコ エクスプレス フォワーディングは、次のメディアをサポートします。

• ATM/AAL5snap、ATM/AAL5mux、および ATM/AAL5nlpid
• イーサネット
• FDDI
• フレーム リレー
• ハイレベル データリンク コントロール（HDLC）
• PPP
• スペース再利用プロトコル（SRP）
• トークン リング
• トンネル

従来ルート キャッシュに格納されていた情報は、シスコ エクスプレス フォワーディング スイッチングのいくつかのデータ構造に格納されます。 これらのデータ構造では、ルックアップが最適化され、パケット転送を効率的に行えるようになっています。 シスコ エクスプレス フォワーディング動作の 2 つの主要コンポーネントは、転送情報ベース（FIB）と隣接関係テーブルです。

FIB は、概念的にはルーティング テーブルや情報ベースに似ています。 ルータはこのルックアップ テーブルを使用して、シスコ エクスプレス フォワーディング動作中に宛先ベースのスイッチング判断を行います。 FIB は、ネットワーク内で変更が発生すると更新され、その時点で既知のすべてのルートが含まれます。 詳細については、「FIB の概要」セクションを参照してください。

隣接関係テーブルには、すべての FIB エントリに関するレイヤ 2 ネクストホップ アドレスが保存されます。 詳細については、「CEF 隣接関係テーブルの概要」セクションを参照してください。

到達可能性情報（シスコ エクスプレス フォワーディング テーブル内）および転送情報（隣接テーブル内）のこの分離によって、複数のメリットが得られます。

• 隣接関係テーブルは、シスコ エクスプレス フォワーディング テーブルと別に構築でき、パケットのプロセス スイッチングを必要とせずにこれらの両方を構築することが可能です。
• パケットの転送に使用される MAC ヘッダー書き換えは、キャッシュ エントリに格納されません。したがって、MAC ヘッダー書き換え文字列の変更では、キャッシュ エントリの検証は必要ありません。

シスコ エクスプレス フォワーディングでは、プレフィックスベースの IP 宛先スイッチングの判定を行うために、転送情報ベース（FIB）を使用します。

FIB には、フォワーディングに最適化される方法で構造化された IP ルーティング テーブルからのプレフィックスが含まれています。 ネットワーク内でルーティングまたはトポロジが変更されると、IP ルーティング テーブルがアップデートされ、これらの変更が FIB に反映されます。 FIB には、IP ルーティング テーブル内の情報に基づいて、ネクストホップのアドレス情報が保持されます。

FIB エントリとルーティング テーブルのエントリには 1 対 1 の相関関係があるため、FIB には既知のルートのすべてが含まれ、高速スイッチングや最適スイッチングで使用されるスイッチング パスに関連するルート キャッシュのメンテナンスは不要になります。

リンク層（レイヤ 2）を通過する単一ホップでノードに到達可能な場合、このノードはもう 1 つのノードと隣接関係を持つことになります。 シスコ エクスプレス フォワーディングは、隣接関係テーブルと呼ばれるデータ構造で隣接ノードの転送情報（アウトバウンド インターフェイスおよび MAC ヘッダー書き換え）を格納します。 シスコ エクスプレス フォワーディングは、隣接関係テーブルを使用して、レイヤ 2 アドレッシング情報をパケットにプリペンドします。 隣接関係テーブルは、すべての FIB エントリのレイヤ 2 ネクストホップ アドレスを保持します。

次の項で、隣接関係に関する追加情報を示します。

シスコ エクスプレス フォワーディング スイッチングにラインカードが対応していない場合、分散型シスコ エクスプレス フォワーディング スイッチングと互換性のない機能を使用する必要がある場合、または分散型ではないプラットフォーム上で動作する場合は、集中型シスコ エクスプレス フォワーディング モードを使用できます。 集中型シスコ エクスプレス フォワーディング モードがイネーブルの場合、シスコ エクスプレス フォワーディング FIB および隣接関係テーブルは RP 上に存在し、RP はエクスプレス フォワーディングを実行します。

次の図は、集中型シスコ エクスプレス フォワーディング モードの動作の間のルーティング テーブル、FIB、および隣接関係テーブル間の関係を示します。 Catalyst スイッチは、ワークグループ LAN から、集中型シスコ エクスプレス フォワーディングが動作するバックボーン上の Cisco 7500 シリーズ ルータにトラフィックを転送します。 RP は、エクスプレス フォワーディングを実行します。

さらにスケーラビリティを向上させるために、シスコ エクスプレス フォワーディングは、処理タスクを 2 つ以上のラインカードにわたって分散させることにより、特定のプラットフォーム上で分散型シスコ エクスプレス フォワーディングの形式で動作します。 分散型シスコ エクスプレス フォワーディング モードがイネーブルの場合、ラインカードは FIB と隣接関係テーブルの同一のコピーを保持します。 ラインカードはポート アダプタ間でエクスプレス フォワーディングを行い、RP をスイッチング動作から解放し、システム パフォーマンスも向上させます。

分散型シスコ エクスプレス フォワーディングは、プロセス間通信（IPC）メカニズムを使用して、RP およびラインカード上の FIB テーブルと隣接関係テーブルとの同期を保証します。

次の図は、分散型シスコ エクスプレス フォワーディング モードがアクティブな場合の RP とラインカード間の関係を示します。

Cisco 12000 シリーズ インターネット ルータでは、上の図に示すように、ラインカードがスイッチングを行います。 その他のルータでは、同じルータ内で各種タイプのカードが混在できる場合、すべてのカードが分散型シスコ エクスプレス フォワーディングをサポートするとは限りません。 これらのその他のルータの 1 つで、分散型シスコ エクスプレス フォワーディングをサポートしないラインカードがパケットを受信した場合、そのラインカードは 1 つ上位のスイッチング レイヤ（RP）にパケットを転送します。 この構造により、レガシー インターフェイス プロセッサが、新しいインターフェイス プロセッサとルータ内に共存できます。

（注）	Cisco 12000 シリーズ インターネット ルータは、分散型シスコ エクスプレス フォワーディング モードだけで動作します。

• 宛先単位のロード バランシングおよびユニバーサル ロード シェアリング アルゴリズム
• 分散型トンネル スイッチング
• マルチポイントの総称ルーティング カプセル化（GRE）のトンネル

次の表には、シスコ エクスプレス フォワーディングまたは分散型シスコ エクスプレス フォワーディングの動作用として設定できる機能についての情報へのリンクが含まれます。