Cisco运营商路由系统介绍

CiscoCRS-1运营商路由系统介绍,内容提要,概述CRS1硬件体系介绍IOSXR操作系统介绍总结,CRS1：最先进的核心路由系统,2004年5月问世500个研发人员，4年，5亿美金业界第一个POS40G端口业界第一个能够实现高度复杂IP，MPLS处理业务的40GbpsASIC业界第一个创新的多机箱系统业界第一个面向T比特的IOSXR操作系统,CRS-1全球成功实施,全球部署超过476套设备拥有超过88个客户,N+IBestofShowAward,NetworkCoreInnovationandAdvancesInfoVisionAwardbyIEC,LightReadingProductoftheYear(2004),CiscoConfidential,对下一代核心路由器的要求“必须具备”,5,5,5,WITH,不提高复杂性的情况下扩展规模,CiscoCRS-1运营商路由系统对IP网络设备的重新定义,多种服务,一个网络,无限的可能性,独一无二的系统寿命,前所未有的服务灵活性,不间断的系统运营,6,6,6,CRS1硬件体系介绍,CRS1硬件技术创新,业界最大系统容量：单槽位40G，单机最大达1.28T，多机达92T，不间断业务系统升级业界第一个在高端路由器采用电信级设备的中背板设计Cisco思科硅封包处理器（SiliconPacketProcessor），世界第一个40GbpsASICCRS-1高度可扩展性控制平面分布式的进程和分布式的ARP数据平面两阶转发,线路卡机架,交换矩阵机架,CiscoCRS-1系统概述两个主要的系统模块,100m,正面:24个矩阵卡2个系统控制卡,背面:光纤互联面板,光传输背板冗余风扇/电源,正面:16、8个线路卡/分布式路由引擎插槽2个机架控制/路由引擎插槽,背面:16、8个LC插槽8个或者4个矩阵卡插槽,中间背板设计冗余风扇/电源支持多达72个机架,CRS-116槽线路卡机架,插槽（中间背板设计）:正面16个PLIM插槽2个RP插槽+2个风扇控制器背面16个LC插槽8个矩阵卡尺寸:宽度长度高度：23.6”x41*”x84”(即60 x104.2x213。36厘米)电源:直流电源13900W,交流电源14600W,正面,背面,交换矩阵(4),CiscoCRS-1系统概述线卡机箱简介8插槽,CiscoCRS-1系统概述线卡机箱简介8插槽,插槽（中间背板设计）:正面8个PLIM插槽2个RP插槽背面8个LC插槽4个矩阵卡尺寸:宽度长度高度：17.5”x40.5*”x38.5”(包括配件)(即44.5x104.2x97.8厘米)-注意：如果不带配件，长度为36.6”电源:直流电源7900W,交流电源8750W,前视图,后视图,MSCs(4),RPs(2),PowerSupplies(4)/AirIntake,PLIMs(4),Fans/AirExhaust,PowerConnectors,SwitchFabric(4),FourLineCardSlots(40G)320GbpsSwitchingCapacitySameCRS-1LineCards(PLIM/SIP/SPAetc)SameRPastheCRS-18/S,CRS-14槽机箱,CRS-1系统体系结构,分布式转发平面最大可扩展到1152个线路卡40G线速IPv4/IPv6/Multicast/MPLS16000QoS队列输入输出端,多级多平面交换矩阵无阻塞1296x1296交换带缓存的矩阵，250%加速业务智能单、组播业务识别和2个优先级队列1:N冗余配置,可扩展的控制平面系统进程(如BGP,IS-IS,MPLS)可以被分布在任意个路由引擎上，提高系统处理能力,CiscoCRS-1系统概述多平面多级交换矩阵,1of8,2of8,8of8,1,2,8,1,2,16,40Gbps,LineCard,LineCard,50Gbps,FabricChassis,100Gbps,1296X1296带缓存的无阻塞交换多级互联三级Benes拓扑,S1,S2,S3,S1,S2,S3,S1,S2,S3,两个优先级HP低延时流量LPBestEffort流量,组播支持100万个组播群组,无阻塞1296x1296交换带缓存的矩阵，250%加速业务智能单、组播业务识别和2个优先级队列1:N冗余配置，7个平面即可支持无阻塞交换,CRS-1交换矩阵的连接机箱间无阻塞交换,FIBERBUNDLE每线缆12根光纤每捆6根线缆(72fibersperbundle)每个线卡机箱的连接:每个线卡交换矩阵卡有3捆线缆每个线卡机箱有8块交换矩阵卡24bundlesorconnections每个交换矩阵机箱的连接每个线卡交换矩阵卡有9捆线缆每个线卡机箱有24块交换矩阵卡216bundlesorconnections,MultipleBundlesBetweenLCChassisAndFCChassis,ArrayCables,TurnRadiuscollarattachment,来自矩阵ASIC,内存控制,CiscoCRS-1系统概述RP,路由计算等控制平面功能,设备管理功能,FE/GE交换,LCFE链路,CPU,CTLGE链路,CTLGE链路,PCI,10/100/1GE管理链路,辅助端口和控制台端口,矩阵交换,MIDPLANE,Squirt,系统进程(如BGP,IS-IS,MPLS)可以被分布在任意个路由引擎上，提高系统处理能力,创新的可扩展的控制平面:DRP分布式路由引擎,19,19,19,BGPIS-IS,RP1,RP2,RP3,RPn,MPLS,Multicast,弹性系统进程分布,UnparalleledSystemLongevity,分布式路由引擎,两个部件DRPPLIMandDRPCPU占用1个机箱槽位提供2个routers每个具备独立的路由内存,flash,硬盘,和一对CPU用于分布进程放置和安全域路由器,DRPPLIM,DRPCPU,分布BGP宣告者到多个RP和DRPs唯一一致的BGPRIB分布到外部的对端极具扩展能力的BGP处理能力,DRP应用BGPMulti-speakers,21,21,21,2006CiscoSystems,Inc.Allrightsreserved.,March2006,CRS-1线路卡结构PLIM/MSC体系结构,模块化业务卡(MSC)硅封包处理器40G线速包转发性能灵活的基于软件微码的并行处理引擎丰富的QoS队列16000个输入/输出队列可配置的映射关系800MhzPPC2GBCPU内存/2GBpacket数据缓存,MODULARSERVICESCARD,IngressQueuing,RXSPPL3Engine,CPU,SquidGW,FromFabricASIC,TXSPPL3Engine,EgressQueuing,MIDPLANE,InterfaceModuleASIC,OC192Framer&Optics,OC192Framer&Optics,OC192Framer&Optics,OC192Framer&Optics,InterfaceModule,ToFabric,FromPLIM,ToPLIM,FromFabric,IngressPacketFlow,EgressPacketFlow,PLIM4-PortOC-192c/STM-64cPOS/DPT16-PortOC-48c/STM-16cPOS/DPTOC768c/STM256POSOC768c/STM256POStunableWDMPOS8x10GE(XENPACKopticsincDWDMoptions)4x10GEtunableWDMPHYSPAjacket,OC192Framer&Optics,CRS-1线路卡概况数据流向简介,MODULARSERVICESCARD,PLIM,MIDPLANE,CPU,SquidGW,OC192Framer&Optics,OC192Framer&Optics,OC192Framer&Optics,OC192Framer&Optics,EgressPacketFlow,FromFabric,InterfaceModuleASIC,RXSPPL3Engine,IngressQueuing,TXSPPL3Engine,FromFabricASIC,EgressQueuing,4,1,8,7,6,5,2,3,输入队列ASIC每线路卡一个处理输入排队和整形8000个队列对应1000个端口(VLANs,DS3)输入流量整形数据包切片136byte信元120byte净荷分类到高/低交换矩阵优先级信元均有分配到交换矩阵S1上,CRS1数据流向数据包从入硅分包处理器到输入队列到交换矩阵,IngressQueuing,RXSPPL3Engine,FromPLIM,MIDPLANE,IngressPacketFlow,ToFabric,CRS1输入队列ASIC输入队列、整形,FROMSPP,TOFABRICQUEUES,8192QUEUES,1KPORTS(PORT/VLAN),WRED,HP,LP,LP,MDRR/Shaper,MDRR/Shaper,MDRR/Shaper,P1,P2,P1023,ShapingMaxBW,MaxBW,MDRR/AggregateShaper,CRS1数据流向数据包从出硅分包处理器到输出队列到交换矩阵,输出队列ASIC1每线路卡一个处理输入排队和整形8000个队列对应2000个组(VLANs,VPN，隧道），映射到1000个端口输出流量整形1GB数据缓存,ToPLIM,FromFabric,MIDPLANE,EgressPacketFlow,FromFabricASIC,RXSPPL3Engine,EgressQueuing,CRS1输出队列ASIC输出队列、整形,8192QUEUES,1KPORTS,WRED,2KGroups,FROMSPP,HP,LP,LP,MDRR/Shaper,MDRR/Shaper,MDRR/Shaper,G1,G2,GX,ShapingMaxBW,ShapingMaxBW,MDRR/Shaper,MDDR/Group,P1,MDRR/AggregateShaper,PX,CRS-1线路卡概况基于硅分包处理器的硬件转发(输入/输出),80MppsIPv4/IPv6/MPLS/MulticastMPLSwithTE/FRRLinkBundling(v4/v6)LoadBalancingL3(v4/v6)ACL(64000)Policing/Marking/WREDSampledNetflowPerprefixaccountingGRE/L2TPv3tunnelingRPF(Loose/strict)(v4/v6)VPN,MIDPLANE,FromPLIM,ToPLIM,TXSPPL3Engine,EgressQueuing,RXSPPL3Engine,ToIngressQueuingASIC,FromFabricASIC,最广泛的软件功能支持可编程硬件线速处理性能,OC192Framer&Optics,InterfaceModuleASIC,OC192Framer&Optics,OC192Framer&Optics,OC192Framer&Optics,经测试认证的超强的网络功能ACL、Multicast,LR评测结果-CRS-1的总转发速率超过900Mpps。在使用5000个IPv4和IPv6、输入和输出访问列表时，转发性能未受影响。其他公司的产品的转发性能在使用复杂的访问列表时会降低大约75%LR评测结果CRS-1转发了所有的组播和单播流量，其中50%为组播，并且均被复制到所有端口。其他公司的产品没有硬件复制功能，而其软件实现方案常常出现异常行为：在组播数量较多时，由于复制“负担”，单播会出现明显的丢包现象。,29,29,29,2004CiscoSystems,Inc.Allrightsreserved.,NGN_0401,前所未有的服务灵活性,CRS-1硅分包处理器SSP,40Gbps和80Mpps处理能力采用并行处理器结构采用IBM最先进的Cu-11ASIC制造技术188PacketProcessingEngines(PPE)PacketsevenlydistributedacrossPPEsEachPPEisa32-bitRISCprocessor250MHz48,000MIPS完全可编程化,CRS1SPP世界上第一块40G和最复杂的ASIC,#Transistors(Million)晶体管个数(百万),FeatureSize/#MetalLayers线径金属层数,ChipSize(mm2)晶片尺寸,422537.529509756,0.18/6M0.18/6M0.18/6M0.15/7M0.18/6M0.18/7M0.11/6M,217300128210243350334,Pentium4ItaniumAthlonUltra-IIIPPENT3,芯片,SPP(CRS-1),提高系统扩展性二阶转发,一阶转发单一的全局邻接信息库，分发到所有的板卡单一的全局端口管理数据库，分发到所有的板卡只存在输入FIBRP必须完成转发功能的生成,二阶转发每个线路卡存在独立的邻接信息库，仅本地端口有效每个线路卡存在独立的端口管理数据库，仅本地端口有效存在输入和输出FIB每一张线路卡独立完成转发功能的生成,32,32,32,Presentation_ID,LC,RP,LC,FIB,GlobalIDB&AIB,CPU,CPU,SwitchingFabric,GlobalInt.Mgr.,彻底消除路由器系统瓶颈,最新跨平台接口模块SharedPortAdapters(SPAs),Cisco7500Cisco7200Cisco7400,PortAdapters(PA),CRS-1Cisco12000Cisco7600Cisco7300,模块化端口丰富的软件功能线速转发性能共享的端口,SharedPortAdapter(SPA),ExtendingtheCisco7xxxVIP/PAModel,SIP和SPA的实现结构,SFPOptics,SIP板卡7304Series7304-MSC-100(2.5G)7600Series7600-SIP-200(622M)7600-SIP-400(2.5G)7600-SIP-600(10G)12000Series12000-SIP-400(2.5G)12000-SIP-600(10G)12000-SIP-601/501/401(10G/5G/2.5G)CRS-1CRS-SIP-800(40G),SIP(三层转发的实现),SFPOptics,CuLIUs,OpticalSPAs,EthernetSPAs,SerialSPAs,ServiceSPAs,SPA-HostInterface,CRS1-SIP-800,CiscoCRS-1SPAInterfaceProcessor-800CRS-SIP结构,支持6个半高10GSPA槽位2个半高SPA槽位可以支持一个全高槽位支持以下SPA1-PortOC-192c/STM-64cPOSXFPSPA8-PortGigabitEthernetSPA4-PortOC-3c/STM-1POSSPA8-PortOC-3c/STM-1OC-12c/STM-4POSSPA2xOC48/4xOC48,JacketCard,SIPs和SPAs部署,CRS-1系统扩展性从单机架系统到多机架系统,单机架系统(640G/1.2Tbps)8/16线路卡和PLIM槽位不需要交换矩阵机箱,多机架系统(1.2Tbps到92Tbps),X(1到72)线路卡机箱Y(1to8)交换矩阵机箱,CRS-1交换矩阵配置单机架系统和多机架系统,3阶段Benes交换矩阵拓扑无阻塞,自动路由多机架系统,S1,S2,S3,S1,S2,S3,1.2TbpsStand-alone3-stagesoffabricinLCchassisnooptics,1.2Tbpsto92TbpsCentralizedfabricOpticallyconnected,S1,S2,S1,S3,S2,S3,S3,S3,1X,1X,2X,2X,LineCardChassis1,FabricCardChassis1,LineCardChassis2,18个机架系统,72个机架系统,交换矩阵升级不影响在线业务,MaxLCchassis(fullLCchassisonly*),MaxFabricChassis,配置,1,0,18,2,72,8,Max40GSlots,16,288,1152,MaxBWTbps,1.2Tbps,23Tbps,92Tbps,单击架系统,CRS-1系统的扩展性,CRS1硬件技术优势总结,高度可扩展性单槽位40G，单机系统容量最大达1.28T，支持多达72个多机箱,系统可以在不中断业务的情况下升级到92T控制平面分布式的进程和分布式的ARP数据平面两阶转发电信级的设备分布式体系结构CRS-1在系统结构上采用了大型电信级设备的中背板设计业界领先的硬件芯片Cisco思科硅封包处理器（SiliconPacketProcessor），全球最完善的40GbpsASIC,IOSXR操作系统介绍,路由器操作系统革新,43,43,43,Presentation_ID,ControlPlaneApplications,ForwardingPlaneApplications,NetworkStack,SystemInfrastructure,ForwardInfrastructure,OSScheduler,ManagementPlaneApplications,HAInfrastructure,ControlPlane,DataPlane,ManagementPlane,ControlPlane,DataPlane,ManagementPlane,ControlPlane,DataPlane,ManagementPlane,BGB,RIP,ISIS,OSPF,Routing,PIM,IGMP,RIB,L2Drivers,ACL,FIB,QoS,LPTS,HostService,PFI,Interface,CLI,SNMP,XML,Netflow,Alarm,Per.fMgmt,SSH,SSH,SSH,CheckpointDB,MulticastIPC,SystemDB,DistributedInfrastructure,MemoryMgmt,IPCMech,Synch.Services,Scheduler,KernelSystemServices,路由器操作系统革新,44,44,44,Presentation_ID,ControlPlaneApplications,ForwardingPlaneApplications,NetworkStack,SystemInfrastructure,ForwardInfrastructure,OSScheduler,ManagementPlaneApplications,HAInfrastructure,ControlPlane,DataPlane,ManagementPlane,ControlPlane,DataPlane,ManagementPlane,ControlPlane,DataPlane,ManagementPlane,BGB,RIP,ISIS,OSPF,Routing,PIM,IGMP,RIB,L2Drivers,ACL,FIB,QoS,LPTS,HostService,PFI,Interface,CLI,SNMP,XML,Netflow,Alarm,Per.fMgmt,SSH,SSH,SSH,CheckpointDB,MulticastIPC,SystemDB,DistributedInfrastructure,MemoryMgmt,IPCMech,Synch.Services,Scheduler,KernelSystemServices,新一代路由器操作系统需要能够支持:持续的系统运营空前的扩展性灵活的新功能提供统一的系统操作界面,IOSXR操作系统体系构架面向新一代路由器的操作系统,完全的微核心(Mach,QNX)完全受保护的内存管理应用、驱动和协议完全保护,单一核心(BSD/Linux,NT)部分受保护的内存管理仅单一应用被保护,ProcessManager,Filesystem,Application,Driver,Application,Application,Kernel,Filesystem,Network,Driver,FAULT,FAULT,FAULT,FAULT,Contained(Restartable),SystemWideCorruption,Contained(Restartable),Contained(Restartable),IOSXR内核关键益处,FEATURE,Preemptiveschedulerwithsupportforprocesspriority,微核心,单一核心,Protectedmemoryarchitectureforapplicationprocesses,Protectedmemoryarchitectureforsystemprocesses,Faultprotectionforapplicationprocesses,FaultprotectionforKernelprocesses,FaultprotectionforHostStack,Faultprotectionfordevicedrivers,Faultprotectionforfilesystem,InServiceSWUpgradeforapplicationprocesses,InServiceSWUpgradeforInfrastructureprocesses(IPC),kernelprocessesanddevicedrivers,POSIXAPI,Yes,Yes,NO,Yes,NO,NO,NO,NO,Yes,NO,Yes,Yes,Yes,Yes,Yes,Yes,Yes,Yes,Yes,Yes,Yes,Yes,IOSXR操作系统,基于实时模块化微核心构架(软件功能包，补丁)支持分布式处理,高度的扩展性（多CPU，多机架）不间断运营（ISSU,IPv4/v6/MPLSHA)系统高度安全性，业务安全隔离(SDR,vSDR）集成化管理(xml,snmp,corba,cli),下一代面向高端路由器的操作系统,IOSXR操作系统软件架构,控制、数据和管理平面完全分离有利于优化资源的透明的、全分布进程精确（进程级别）的在线业务升级进程可以被启动、停止和升级,48,48,48,ContinuousSystemOperation,IOSXR自愈式操作系统软件,故障容忍：全分布，基于微代码的操作系统故障隔离：模块化操作系统和内存空间保护故障恢复：利用自动的流程恢复功能安全地重启和恢复流程正常运行,MPLS,Self-HealingSystem:,BGP,QoS,DistributedMiddleware,49,49,49,ContinuousSystemOperation,CiscoIOSXR操作系统高度可靠性,不间断包转发(NSF)状态化切换(SSO)在线业务升级,HardwareDesign:redundancy(fabric,power,thermal,routeprocessor,linecard),highMTBF,distributedforwarding,OnlineInsertionRemoval(OIR),parityorerrorcorrectingmemory,faultinsertiontesting,ISSUInServiceSoftwareUpgrade,99.999+%ServiceAvailability,HitlessRPSwitchover,FastConvergencesupport,GranularProcessRestart,FaultTolerance,SoftwareDesign:microkernel,protectedmemory,highlymodular,separationofcontrol,data,managementplanes,faultmanagement,packagingmodel,Non-StopForwarding,k,控制面板,数据面板,管理面板,BGP,IS-IS,RIP,OSPF,PIM,IGMP,QoS,FIB,LPTS,ACL,PRI,L2驱动程序,CLI,XML,Alarm,Netflow,SNMP,SSH,系统服务,分布式中间件,“不间断运行的”服务中软件升级,LR评测结果在服务过程中升级/降级IOS-XR软件，不会丢失任何数据。其他厂家的产品没有精确的打包和重启能力，因而无法提供这项关键的功能。,51,51,51,2004CiscoSystems,Inc.Allrightsreserved.,NGN_0401,ContinuousSystemOperation,ATTACKS,ATTACKS,IOSXR操作系统安全功能,DataForwardingAccess,DynamicSignaling,ManagementAccess,SignalingAccess,层次化安全体系网络业务安全保护:过滤(ACL,uRPF,RPL),Netflow设备保护：控制平面安全,管理平面安全,52,52,52,2004CiscoSystems,Inc.Allrightsreserved.,Presentation_ID,NextGenerationASIC,FlexibleInfra,Applications,IOSXR操作系统安全,控制面板保护动态控制平面保护（DCPP）-控制平面数据流自动过滤、限流控制面板生存时间（TTL）完整性检查（RFC3682，通用TTL安全机制（GTSM）边界网关协议（BGP）路由协议过滤和路由策略语言（RPL）,IOSXR操作系统安全,数据平面保护ACLuRPFNetFlow管理平面保护拒绝缺省访问身份验证、授权和记帐（AAA）和加密协议隔离管理端口基于角色的权限模式,单系统具备简单特性所有资源集成在一个（多）机箱中Racks/RPs/LCs/slots可以被动态分配到任意一个SDR中故障及操作隔离SDR和控制平面所有故障被限制在特定的SDR中,安全域路由器:物理隔离的路由进程,STM-64DWDMM