CEF采用一个4级每级256条通道结构的转发表来指明转发条目的位置，转发表有next hop等信息，涵盖了整个IPv4的地址范围，并有指针指向另一个邻接表。转发条目(MAC地址之类)都存储在一个单独的邻接表上。这两个表包括了所有的转发信息，而这些转发信息是根据路由表和ARP来构造的。
CEF简化了查询的步骤，提高了单位时间的工作效率。而且从整体上来看，路由信息和转发信息是分离的，数据包的转发只根据转发信息而不用参照路由信息，可以充分利用专用硬件的功能来达到线速转发，而不受路由变化或者其他因素的干扰，保证了转发的高速高效。
CEF转发提供3张表
1>FIB:从路由选择表中拷贝过来的转发信息，包括路由选择表中用于转发路由分组所必须的最少信息。
2>邻接表：维护一个邻接节点以及他们相关的2层MAC重写或吓一跳信息数据库
3>NetFlow Table:用于统计网络数据等
它的高速表现在以下两个方面：
1>在查询方式上简化了步骤，提高了速度；
2>在分离了路由和转发功能。
CEF转发过程
3层包从TCAM开始查找；进行最长匹配，得到邻居信息，改写原有二层数据帧(下一跳MAC地址)并转发。
CEF表是从路由表得来，邻居表是使用ARP解析得来的。
CEF多层交换的过程：
左侧MAC-M(MAC地址)是SW。右侧的MAC-M是SW。
如果目的IP地址的MAC不在邻居表内，则SW将使用ARP进行解析，以得到目的地址的MAC地址。
ARP Throttling(ARP抑制)：在未获得目的MAC地址并且进行ARP解析时，除非ARP解析完成并且在邻居表体现出来外，在解析期间，所有发往目的主机的包，将被丢弃，这就是ARP抑制。（FIB最多支持6个到达同一目的的邻居条目）
CEF的操作模式有2种，即集中CEF模式和分散CEF模式。
可以通过其中的任意一种来启用CEF，同一时刻用户只能使用其一种模式。
集中CEF模式 当启用集中CEF模式时，CEF的FIB和邻接表驻留在路由处理器中，路由处理器来执行快速转发。对于CEF交换来说，当线路卡不可用时，或者需要使用的功能与分散CEF交换不兼容时，就可以使用集中CEF模式。
分布CEF模式当启用分布式CEF(dCEF)时，线路卡(例如VIP线路卡或者GSR线路卡)维护着一个与FIB和邻接表相同的拷贝。线路卡在端口适配器之间执行快速转发，这样，在进行交换操作时就无须RSP的参与了。dCEF使用一个“内部过程通信”(Inter ProcessCommunication，IPC)机制，在路由处理模块和线路卡上，保证FIB和邻接表的同步。
在Cisco12000系列路由器中，线路卡负责执行CEF交换。在其他路由器中，或许您使用的不是同一种类型的线路卡，有可能某个接口卡不支持CEF交换。
当某个不支持CEF交换的线路卡收到数据包时，它将数据包转发给更高的交换层(比如路由处理模块)或者把数据包转发给下一跳处理。这种机制允许旧的接口模块和新的接口模块并存。
1．Cisco12000系列千兆交换路由器上只运行dCEF模式。
2．一个VIP卡上不允许同时运行分布式CEF交换和分布式快速交换。
3．Cisco7200系列路由器不支持分布式CEF交换。
附加的新功能 在配置集中模式CEF和分布模式CEF时，您还可以配置以下功能：
1>分布式CEF支持访问控制列表
2>分布式CEF支持帧中继包
3>分布式CEF支持数据包分片
4>支持基于每一个包或者每一个目标的负载均衡
5>支持网络计费，可以收集数据包的个数和字节数
6>分布式CEF支持跨隧道的交换
Cisco首先在高端路由器平台实现CEF，此后，Catalyst交换机也支持CEF的转发，但是还存在一些差别，但均提供如下特性：
1． 基于“最长地址匹配”查找的高速转发
2． 等价路径的负载均衡
3． 逆向路径转发检查(RPF)
4． 不详路由的无效
有些CEF特性仅在路由器上实现
1． 关闭基于CEF的转发能力
2． 每个前缀和每个前缀长度的CEF统计
3． 从负载共享路径统计数据
4． 基于每个分组的负载均衡
有3种基本的方式实现转发：进程交换，干扰交换，ASIC（通用集成电路）。
进程交换是所有交换方式中最慢的一种。当通过路由器交换报文的时候，CISCO IOS进程会将报文复制到CPU缓存，并在IP路由表中进行查找。查到后进行一些管理性处理，包括改TTL，重新计算CRC。整个过程由中央CPU监控，没有其他的基于硬件的帮助。
快速转发
快速转发会创建一张按需转发表，对于去往每个目的地的一个报文实行进程交换，通过中央CPU完成，然后创建一个IP快速交换路由缓存。这个缓存不是永久的，它有一些计时器管理，只要有报文转发，这些条目就会存在，如果经过一段时间没有报文转发，条目将被删除以释放空间。
下图就是一个IP快速交换路由缓存的示例：
如图可以看出，对于每一个prefix都有一些参数：老化时间，接口，下一跳和第二层重写信息。这张图中你看到的二层信息是0F000800。其中，0F00是表明使用HDLC封装，0800是IPv4的协议号。