はじめに

Cisco社のExpress Forwarding技術（以下CEFと呼ぶ）は，インターネットや企業ネットワークなどといった大規模IPネットワークで将来必要となる高度なパフォーマンス要求にもミートするようにデザインされた，拡張性の高い分散型レイヤ3スイッチング・ソリューションです。

出典 URL：http://www.cisco.com/web/JP/product/hs/ios/cef_wp.html

これはCiscoのホームページから抜粋した文章ですが，この説明では何のことやらわかりにくいですね。

私はCiscoが作った技術の中でも一番エクセレントなものがCEFだと思っているのですが，市販されている書籍やWebの説明は技術的すぎてわかりにくく感じるので，今回は，このCEFについて補足してみたいと思います。

ルータは何をやっているのか？

まずルータがIPパケットを転送するときに何をしているか，考えて見ましょう。

最近のルータはQoSやセキュリティ機能などさまざまな仕事をしていますが，もっとも基本的な動作は「IPアドレスに従ってパケットを転送する」ということですよね。このときのステップを大雑把に並べると，以下のようになります。

1. 到着したパケットから宛先IPアドレスを読む
2. ルーティングテーブルを検索し，ネクストホップのIPアドレスを知る
3. ネクストホップへ到達するためのレイヤ2アドレスを調べる
   EthernetであればARPテーブルを参照して調べる。もしARPテーブルに載っていなければ，ARPパケットを飛ばして目的のMACアドレスを取得する。
4. パケットのL2ヘッダをネクストホップ宛てに書き換える
   Ethernetであれば宛先と送信元のMACアドレスを書き換える，等。
5. ネクストホップ向けのインターフェースからパケットを出力する

IPパケットが到着するたびに，この動作を繰り返すわけです。

また，②の処理において，ネクストホップのIPアドレスは1回の検索で見つかるとは限りません。たとえば，以下のようにデフォルトルートを設定したとします。

ip route 0.0.0.0 0.0.0.0 192.168.20.1

show ip route をすると，以下のようになりますね。

192.168.20.0/24 is subnetted, 1 subnets
C    192.168.20.0 is directly connected, Ethernet0
S*   0.0.0.0/0 [1/0] via 192.168.20.1

このルータは，宛先IPアドレスをルーティングテーブルで検索し，見つからないとデフォルトルートの宛先である192.168.20.1へ転送しようとします。

そこで，192.168.20.1へ送るにはどうすればよいのか？ もう一度ルーティングテーブルを検索すると，Ethernet0のインターフェースに接続されていることがわかります。なので，次はARPテーブルを検索して，Ethernet0のインターフェースに接続されている192.168.20.1のMACアドレスを調べることになります。

つまり，1つのパケットを転送するために，ルーティングテーブルを2回とARPテーブルを1回の，計3回も検索をしなければいけないのです。

このように，ルーティングテーブルを2回以上サーチしなければ宛先が判断できない状況のことを「リカーシブル・ルックアップ」と呼ぶ場合があります。

リカーシブル・ルックアップの状況は複雑なスタティックルートやBGPを使用している場合などに顕著に発生し，ルータの性能を著しく悪化させる原因となります。ですから，どこのメーカでも，リカーシブル・ルックアップを減らして効率化するための工夫を，いろいろと行っているのです。

ファスト・スイッチング

まず，Cisco以外のルータで多く用いられている方法が「ファスト・スイッチング」です（メーカによってさまざまな呼び方をしていますが，Cisco以外のほとんどのルータやL3スイッチが，この方法を用いています⁠）⁠。この方法は「キャッシング」を使います。

たとえば大容量のファイルを転送するような場合，Ethernetの最大フレーム長が1518バイトしかありませんので，たくさんのIPパケットに分割して情報を送る必要があります。

このとき，最初の1パケット目は普通にルーティングテーブルやARPテーブルを参照して処理しますが，その結果をキャッシュメモリに記憶しておいて，後続のパケットは，どうせ同じ相手に転送するのですから，キャッシュに蓄えられた情報を使いましょう，という方法です。

つまり，宛先が同じIPアドレスであれば，ルーティングテーブルを検索せずにキャッシュに残っている情報を使うことで，処理を効率化します。