Cisco Express Forwarding ( CEF ), CAM, TCAM Y FIB – Como conmutan los switchs y routers

Existen varias tablas en los equipos cisco, hoy vamos a hablar de tres de ellas, CAM, TCAM Y FIB, que son las que permiten a los switchs conmutar.

Vamos a ver que algunas de estas tablas hacen posible que los equipos conmuten directamente en capa 2, ya otras tablas van más allá, y trabajan con la conmutación en capa 3.

CAM – Content Addressable Memory

La tabla CAM, que es mucho más conocida en el mundo de redes como MAC Address Table, pero, si hablamos con nativos del idioma inglés, puede ser que en algunos lados la llamen de Layer 2 Fowarding Table.

Cisco Express Forwarding ( CEF ), CAM, TCAM Y FIB

La CAM almacena las direcciones MAC aprendidas por el switch. El switch usa de la información del campo MAC Address Source de los frames que recibe, para llenar esta tabla.

Por default, una dirección MAC aprendida dinámicamente queda en la tabla CAM por máximo 300 segundos después de su última actividad registrada. Este tiempo es conocido como aging timer.

Se puede cambiar el aging timer con el comando:

Switch (config) # mac address-table aging-time seconds

También se puede crear una entrada estática en la tabla CAM con el comando:

Switch (config) # mac address-table static mac-address vlan vlan-id interface type mod/num

La tabla CAM es guardada en la memoria RAM del equipo, ya que su consulta tiene que ser muy rápida.

Se hace importante recordar que la tabla CAM tiene un límite, y en caso de que no haya más espacio para nuevas entradas, ella va hacer flooding, siempre que llegue un nuevo frame destinado a una dirección MAC que no esté archivada.

Para que sepas cuanto espacio aún está disponible en la tabla CAM, se utiliza el comando:

Switch # show mac address-table count

Cisco Express Forwarding ( CEF ), CAM, TCAM Y FIB

TCAM – Ternary Content Addressable Memory

La tabla TCAM en los switchs de capa 2, se usa para guardar las access-lists basadas en direcciones MAC y también las access-lists usadas en la configuración de QoS.

La tabla TCAM en los switchs de capa 3, se usa para guardar las access-lists basadas en direcciones IP y los puertos. Como en los equipos de capa 2 acá también las access-lists usadas en la configuración de QoS.

De la misma manera que ocurre en la CAM, la TCAM queda guardada en la memoria RAM.

La TCAM es mucho más compleja que la CAM, y un mismo switch suele tener más de una TCAM: una para el tráfico entrante, otra para el tráfico saliente, una más para el QoS y puede tener otras más acorde a su configuración.

La TCAM tiene 3 campos, Valor, Mascara y resultado.

  • Valor – Es un campo de 134 bits que contiene direcciones de origen, destino e información relevante del protocolo utilizado.
  • Mascara – Es otro campo de 134 bits que se usa para hacer comparaciones.
  • Resultado – Es el valor numérico que representa las acciones que el equipo va a tomar; dicha acción puede ser: permitir, denegar, o acciones más amplias.

La TCAM no puede ser configurada, pero, en algunos switches podemos cambiar el tamaño que tenga la TCAM, optimizando su estructura para una funcionalidad específica.

Para hacer eso se utiliza el comando:

Switch (config) # sdm prefer ?

FIB – Forwarding Information Base

La FIB es la versión de capa 3 de la CAM, esta tabla contiene el resume de todas las rutas.

La FIB es utilizada por el Cisco Express Forwarding, para conmutar los paquetes mucho más rápido que usando la tabla de rutas.

Es importante saber que la FIB se llena tanto de las rutas estáticas, como de las rutas que son adicionadas al equipo por los protocolos automáticos.

Qué es CEF (Cisco Express Forwarding)?

CEF o Cisco Express Forwarding es una característica avanzada de la IOS de Cisco, que permite realizar una conmutación más rápida en sus dispositivos.

Una tarea esencial en los dispositivos de capa 3 (Routers y Switchs de capa 3), es la toma de decisiones respecto a dónde se deben reenviar los paquetes que reciben.

Este proceso de decisión es conocido con el nombre de conmutación “Switching en inglés”, y es diferente del proceso de conmutación que se realiza en un switch Ethernet de capa 2.

Cisco Express Forwarding ( CEF ), CAM, TCAM Y FIB

Cuando un dispositivo (Capa 3) conmuta, realiza las siguientes operaciones:

  1. Decidir si debe o no reenviar un paquete después de verificar que la red de destino del paquete es alcanzable.
  2. Si el destino es alcanzable, ¿Cuál es el próximo salto y que interfaz debe utilizarse para alcanzar este destino?
  3. ¿Se debe modificar la dirección MAC con la que se encapsula el paquete?

Tomando como referencia la tabla de enrutamiento IP, CEF crea su propia tabla de enrutamiento llamada FIB, la cual se utiliza para definir a qué interfaz se debe reenviar el paquete.

Excepciones al CEF (Cisco Express Forwarding)

Existen paquetes que no pueden ser conmutados directamente por CEF y tienen que ser procesados de forma diferente:

  • Peticiones ARP.
  • Paquetes IP con TTL expirado o MTU excedida.
  • Broadcast IP que son reenviados como unicast como las peticiones DHCP o ip-helper.
  • Actualizaciones de enrutamiento.
  • Paquetes CDP.
  • Paquetes encriptados.
  • Paquetes no IP y no IPX.

Comandos en Cisco

CEF se encuentra deshabilitado por defecto en todos los dispositivos Cisco, excepto en los routers de la serie 7xxx, 6500 y 12000. Los routers de la serie 2600, 3600 y 3800 incorporan esta característica a partir de la versión de la IOS de cisco 12.2(11)T. Ahora vamos a ver algunos comandos relacionados con este tipo de conmutación.

Habilitar CEF (Cisco Express Forwarding)

Router # configure terminal

Router (config) # ip cef

Router (config) #

Deshabilitar CEF (Cisco Express Forwarding)

Router # configure terminal

Router (config) # no ip cef

Router (config) #

Verificar el estado de CEF (Cisco Express Forwarding)

Router # show ip cef

Prefix Next Hop Interface

0.0.0.0/0 192.168.1.5 FastEthernet0/0

192.168.0.0/24 192.168.1.1 Serial0/2/0

192.168.2.0/30 192.168.1.1 Serial0/2/0

192.168.3.0/30 192.168.1.1 Serial0/2/0

192.168.4.0/24 192.168.1.1 Serial0/2/0

192.168.5.0/30 192.168.1.1 Serial0/2/0

Router # show ip cef detail

Muestra información detallada sobre cada entrada de la tabla FIB.

Router # show ip cef summary

Permite ver un resumen de las entradas contenidas en la tabla FIB.

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