switching is the process of mapping layer 2 to layer 3 addresses and forwarding to a destination interface.

switching mode 有很多種，每種模式都有其特別的針對性，理解它們的不同對于我們合理的應用有著非常重要的意義。另外還有些QOS和Security技術需要特定的Switching mode.具體分析如下：

1 Process Switching（進程交換）

這是一種最基本的交換模式，在這種模式下，一條數據流（flow）中的第一個包（packet）將被置入系統緩存（system buffer）。其目的地址將會拿到路由表中去查詢比對，路由器的處理器（CPU or Processer）同時將進行CRC校驗，檢查包是否正確。然后數據包的二層MAC地址將會被重寫，替換為下一跳接口的MAC地址。

這樣的過程將會繼續，對這條數據流（flow）中的第2個、第3個數據包……相同的操作，包括查詢路由表、重寫MAC地址，CRC校驗等。

這種方式無疑是延遲最大的，因為它要利用system buffer以及processor去處理每個收到的包。但是我們仍然有機會使用這種交換方式，比如在進行基于每個包的負載分擔時，或是debug ip packet時。

提了這么多，如何打開process switching？因為默認情況下，思科路由器會啟用fast switching或optimum switching或是cef switching，而不是process switching，所以我們只能通過：no ip route-cache來禁用fast switching，這在另一種意義上正是開啟process switching.

2 Fash Switching

快速交換要優于process switching，它采用了route cache（路由緩存）來存儲關于某條數據流（flow）的特定信息，當然會包括諸如目的MAC地址，目的接口等內容。這時我們只需要對一條數據流 （flow）中的第一個包做process switching，并把信息存入cache，所有后續數據包，可以不必再中斷system processor去執行查詢等操作，直接從cache中提取目的接口，目的MAC地址等，這樣大大加速了包轉發速度。

fast switching在某些資料上可能被稱為route-cache switching

思科1600、1700、2500、2600系列路由器的ethernet、fast ethernet、serial接口默認采用的就是fast switching.

我們可以用ip route-cache命令，在接口上啟用fast switching

show ip cache來檢查fast switching的相關信息。

3 Optimum and Distributed Switching

這兩種交換模式，從原理上來講都與fast switching極為相似，比如optimum switching其實采用了一種經過優化的交換緩存（optimumed switching cache），它的速度要較平常cache要快。

distributed switching mode需要使用Versatile Interface Card這種硬件卡，又稱VIP card.它會自已保存一份route cache，這樣在查詢時就不必要等待使用共享的系統緩存了（shared system buffer），無論相對于fast switching還是optimum switching來講，都是比較快的。

這兩種模式一般只在思科高端設備上有所應用，比如7200系列路由器。或者12000系列路由器。

命令：ip route-cache optimum show ip cache optimum

4 Netflow switching

這種模式是最值得參考的，它完全基于其它switching mode，重點在于對流經的數據包進行計費、監控、網管。但不得不提的是，這種模式因為也要存儲相關信息，經過統計，大致65536條數據流（flow）會耗費4MB的system buffer.

相關命令：

ip route-cache flow

show ip cache flow

ip flow-export  將NETFLOW審計的數據包轉發到指定設備。

5 Cisco Express Forwarding

思科CEF是最為高效的一種三層協議，很多人容易對CEF產生誤解，所以我們仍然要說明它的來原。

CEF采用了基于硬件的平臺，它不僅僅是將數據都存入system buffer，而是將整個路由表、拓撲表，以及所有的下一跳地址、MAC地址全部進行"預存"，只要路由表、拓撲表中存在的條目，無論是否有數據請求發往其目的地址，都會提前預讀取，預設置緩存。這樣，當有新的數據請求發送時，就不需要CPU去查詢目的接口，目的MAC地址等等信息，而是直接從緩存中讀取，從而使轉發速度得以大大提高。

相關命令：ip route-cache cef

show ip cef

show ip cef detail