CEF採用一個4級每級256條通道結構的轉發表來指明轉發條目的位置，轉發表有next hop等信息，涵蓋了整個IPv4的地址範圍，並有指針指向另一個鄰接表。轉發條目(MAC地址之類)都存儲在一個單獨的鄰接表上。這兩個表包括了所有的轉發信息，而這些轉發信息是根據路由表和ARP來構造的。
CEF簡化了查詢的步驟，提高了單位時間的工作效率。而且從整體上來看，路由信息和轉發信息是分離的，數據包的轉發只根據轉發信息而不用參照路由信息，可以充分利用專用硬件的功能來達到線速轉發，而不受路由變化或者其他因素的干擾，保證了轉發的高速高效。
CEF轉發提供3張表
1>FIB:從路由選擇表中拷貝過來的轉發信息，包括路由選擇表中用於轉發路由分組所必須的最少信息。
2>鄰接表：維護一個鄰接節點以及他們相關的2層MAC重寫或嚇一跳信息數據庫
3>NetFlow Table:用於統計網絡數據等
它的高速表現在以下兩個方面：
1>在查詢方式上簡化了步驟，提高了速度；
2>在分離了路由和轉發功能。
CEF轉發過程
3層包從TCAM開始查找；進行最長匹配，得到鄰居信息，改寫原有二層數據幀(下一跳MAC地址)並轉發。
CEF表是從路由表得來，鄰居表是使用ARP解析得來的。
CEF多層交換的過程：
左側MAC-M(MAC地址)是SW。右側的MAC-M是SW。
如果目的IP地址的MAC不在鄰居表內，則SW將使用ARP進行解析，以得到目的地址的MAC地址。
ARP Throttling(ARP抑制)：在未獲得目的MAC地址並且進行ARP解析時，除非ARP解析完成並且在鄰居表體現出來外，在解析期間，所有發往目的主機的包，將被丟棄，這就是ARP抑制。（FIB最多支持6個到達同一目的的鄰居條目）
CEF的操作模式有2種，即集中CEF模式和分散CEF模式。
可以通過其中的任意一種來啓用CEF，同一時刻用戶只能使用其一種模式。
集中CEF模式 當啓用集中CEF模式時，CEF的FIB和鄰接表駐留在路由處理器中，路由處理器來執行快速轉發。對於CEF交換來說，當線路卡不可用時，或者需要使用的功能與分散CEF交換不兼容時，就可以使用集中CEF模式。
分佈CEF模式當啓用分佈式CEF(dCEF)時，線路卡(例如VIP線路卡或者GSR線路卡)維護着一個與FIB和鄰接表相同的拷貝。線路卡在端口適配器之間執行快速轉發，這樣，在進行交換操作時就無須RSP的參與了。dCEF使用一個“內部過程通信”(Inter ProcessCommunication，IPC)機制，在路由處理模塊和線路卡上，保證FIB和鄰接表的同步。
在Cisco12000系列路由器中，線路卡負責執行CEF交換。在其他路由器中，或許您使用的不是同一種類型的線路卡，有可能某個接口卡不支持CEF交換。
當某個不支持CEF交換的線路卡收到數據包時，它將數據包轉發給更高的交換層(比如路由處理模塊)或者把數據包轉發給下一跳處理。這種機制允許舊的接口模塊和新的接口模塊並存。
1．Cisco12000系列千兆交換路由器上只運行dCEF模式。
2．一個VIP卡上不允許同時運行分佈式CEF交換和分佈式快速交換。
3．Cisco7200系列路由器不支持分佈式CEF交換。
附加的新功能 在配置集中模式CEF和分佈模式CEF時，您還可以配置以下功能：
1>分佈式CEF支持訪問控制列表
2>分佈式CEF支持幀中繼包
3>分佈式CEF支持數據包分片
4>支持基於每一個包或者每一個目標的負載均衡
5>支持網絡計費，可以收集數據包的個數和字節數
6>分佈式CEF支持跨隧道的交換
Cisco首先在高端路由器平臺實現CEF，此後，Catalyst交換機也支持CEF的轉發，但是還存在一些差別，但均提供如下特性：
1． 基於“最長地址匹配”查找的高速轉發
2． 等價路徑的負載均衡
3． 逆向路徑轉發檢查(RPF)
4． 不詳路由的無效
有些CEF特性僅在路由器上實現
1． 關閉基於CEF的轉發能力
2． 每個前綴和每個前綴長度的CEF統計
3． 從負載共享路徑統計數據
4． 基於每個分組的負載均衡
有3種基本的方式實現轉發：進程交換，干擾交換，ASIC（通用集成電路）。
進程交換是所有交換方式中最慢的一種。當通過路由器交換報文的時候，CISCO IOS進程會將報文複製到CPU緩存，並在IP路由表中進行查找。查到後進行一些管理性處理，包括改TTL，重新計算CRC。整個過程由中央CPU監控，沒有其他的基於硬件的幫助。
快速轉發
快速轉發會創建一張按需轉發表，對於去往每個目的地的一個報文實行進程交換，通過中央CPU完成，然後創建一個IP快速交換路由緩存。這個緩存不是永久的，它有一些計時器管理，只要有報文轉發，這些條目就會存在，如果經過一段時間沒有報文轉發，條目將被刪除以釋放空間。
下圖就是一個IP快速交換路由緩存的示例：
如圖可以看出，對於每一個prefix都有一些參數：老化時間，接口，下一跳和第二層重寫信息。這張圖中你看到的二層信息是0F000800。其中，0F00是表明使用HDLC封裝，0800是IPv4的協議號。