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CRS－1硬件体系介绍IOS－XR操作系统介绍总结CRS－1：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IOS－XR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+IBestofShowAwardNetworkCoreInnovationandAdvances–InfoVisionAwardbyIECLightReadingProductoftheYear(2004)CiscoConfidential对下一代核心路由器的要求

“必须具备”想要满足这些需求就得需要……大规模扩展能力555简便性

WITHWITH不间断的可用性服务适应性在适应新型需求时也能保持不间断的可用性不提高复杂性的情况下扩展规模WITH服务灵活性高性能在不影响性能的情况下提供多种多样的服务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CISCOINNOVATION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666CRS－1硬件体系介绍CRS－1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60x104.2x213。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插槽风扇风扇电源线卡(8)PLIMS(8)RP(2)进气口排气口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)/AirIntakePLIMs(4)Fans/AirExhaustPowerConnectorsSwitchFabric(4)

FourLineCardSlots(40G)320GbpsSwitchingCapacitySameCRS-1LineCards(PLIM/SIP/SPAetc)SameRPastheCRS-18/SCRS-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1of82of88of8128121640GbpsLineCardLineCard50GbpsFabric

Chassis100Gbps1296X1296带缓存的无阻塞交换

多级互联－三级Benes拓扑S1S2S3S1S2S3S1S2S3两个优先级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216bundlesorconnectionsMultipleBundlesBetweenLCChassisAndFCChassisArrayCablesTurnRadiuscollarattachment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CPUCTLGE链路CTLGE链路PCI10/100/1GE管理链路IDE辅助端口和控制台端口矩阵交换MIDPLANESquirt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191919BGPIS-ISRP1RP2RP3RPnMPLSMulticast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DRPPLIMDRPCPU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-speakersFromIOSXRInternal

TransportLPTSFromIOSXRInternal

TransportLPTSBGPInstance:DRP#1BGPInstance:DRP#2BGPInstance:DRP#3Adj_RIBINAdj_RIBOUTBGPPlacementManagerOSPForISISInstance

(Multiple)IGPRIBLSDBGlobalRIB

(active)GlobalRIB

(standby)BGP

RIBStatic

RoutesRPIOSXRFIBDistribution212121©2006CiscoSystems,Inc.Allrightsreserved.March2006CRS-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MODULARSERVICESCARDIngress

QueuingRXSPP

L3EngineCPUSquid

GWFromFabricASICTXSPP

L3EngineEgress

QueuingMIDPLANEInterface

Module

ASICOC192

Framer

&OpticsOC192

Framer

&OpticsOC192

Framer

&OpticsOC192

Framer

&OpticsInterfaceModuleToFabricFromPLIMTo

PLIMFromFabricIngressPacketFlowEgressPacketFlowPLIM4-PortOC-192c/STM-64cPOS/DPT16-PortOC-48c/STM-16cPOS/DPTOC768c/STM256POSOC768c/STM256POStunableWDMPOS8x10GE(XENPACKopticsincDWDMoptions)4x10GEtunableWDMPHYSPAjacketOC192

Framer

&OpticsCRS-1线路卡概况

数据流向简介MODULARSERVICESCARDPLIMMIDPLANECPUSquid

GWOC192

Framer

&OpticsOC192

Framer

&OpticsOC192

Framer

&OpticsOC192

Framer

&OpticsEgressPacketFlowFromFabricInterface

Module

ASICRXSPP

L3EngineIngress

QueuingTXSPP

L3EngineFromFabricASICEgress

Queuing41876523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CRS－1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Ingress

QueuingRXSPP

L3EngineFrom

PLIMMIDPLANEIngressPacketFlowToFabricCRS－1输入队列ASIC

输入队列、整形FROM

SPPTOFABRIC

QUEUES8192

QUEUES1KPORTS(PORT/VLAN)WREDHPLPLPMDRR/

ShaperMDRR/

ShaperMDRR/

ShaperP1P2P1023ShapingMaxBWMaxBWMDRR/AggregateShaperCRS－1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ToPLIMFrom

FabricMIDPLANEEgressPacketFlowFrom

Fabric

ASICRXSPP

L3EngineEgress

QueuingCRS－1输出队列ASIC

输出队列、整形8192

QUEUES1KPORTSWRED2KGroupsFROM

SPPHPLPLPMDRR/

ShaperMDRR/

ShaperMDRR/

ShaperG1G2GXShapingMaxBWShapingMaxBWMDRR/

ShaperMDDR/

GroupP1MDRR/AggregateShaperPXCRS-1线路卡概况

基于硅分包处理器的硬件转发(输入/输出)80Mpps

IPv4/IPv6/MPLS/MulticastMPLSwithTE/FRRLinkBundling(v4/v6)LoadBalancingL3(v4/v6)ACL(64000)Policing/Marking/WREDSampledNetflowPerprefixaccountingGRE/L2TPv3tunnelingRPF(Loose/strict)(v4/v6)VPNMIDPLANEFromPLIMTo

PLIMTXSPP

L3EngineEgress

QueuingRXSPP

L3EngineToIngress

Queuing

ASICFrom

Fabric

ASIC最广泛的软件功能支持可编程硬件线速处理性能OC192

Framer

&OpticsInterface

Module

ASICOC192

Framer

&OpticsOC192

Framer

&OpticsOC192

Framer

&Optics经测试认证的超强的网络功能

ACL、MulticastLR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。292929©2004CiscoSystems,Inc.Allrightsreserved.NGN_0401前所未有的

服务灵活性CRS-1硅分包处理器SSP40Gbps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-bitRISCprocessor@250MHz48,000MIPS完全可编程化TCAMPLUTLUSTATSPPE188PPE3PPE2PPE1MUXDistribCRS－1SPP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422537.5295097560.18/6M0.18/6M0.18/6M0.15/7M0.18/6M0.18/7M0.11/6M217300128210243350334

Pentium4 Itanium Athlon Ultra-III PPE NT3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FIB–RP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323232Presentation_IDLCRPLCFIBGlobal

IDB&AIBCPUCPUSwitchingFabricIP

StackIMNetflowPPPARPVLANDriversRPLCLCCPUCPUIngress

FIBIngress

AIB&IDBEgress

FIBEgress

AIB&IDBSwitchingFabricGlobal

Int.Mgr.LC-CPUIMVLANPPPHDLCNetflowARP彻底消除路由器系统瓶颈最新跨平台接口模块

SharedPortAdapters(SPAs)Cisco7500Cisco7200Cisco7400PortAdapters(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/PAModelSIP和SPA的实现结构SFPOpticsSIP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)SFPOpticsSPA-HostInterfaceCuLIUsO/E/O&SONET/SDHFramingLayer2Processing(ATM,POS,etc)OpticalSPAsEthernetSPAsSerialSPAsServiceSPAsO/E/O&MACProcessingEthernetL2ProcessingSPA-HostInterfaceL1FramingProcessingLayer2ProcessingSPA-HostInterfaceServiceImplementationSPA-HostInterfaceCRS1-SIP-800CiscoCRS-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-1—OC-12c/STM-4POSSPA2xOC48/4xOC48JacketCardSIPs和SPAs部署SPABay3SPABay4SPABay5SPABay0SPABay1SPABay2DoubleHeightSPABay3SPABay4SPABay1SPABay5SPABay2DoubleHeightSPABay3DoubleHeightSPABay4DoubleHeightSPABay5CRS-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S1S2S3S1S2S31.2TbpsStand-alone

3-stagesoffabricinLCchassis—nooptics1.2Tbpsto92Tbps

Centralizedfabric—OpticallyconnectedS1S2S1S3S2S3S3S31X1X2X2XLineCard

Chassis1FabricCard

Chassis1LineCard

Chassis218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*)MaxFabric

Chassis配置10182728Max40G

Slots162881152MaxBW

Tbps1.2Tbps23Tbps92Tbps单击架系统CRS-1系统的扩展性CRS－1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40GbpsASICIOS－XR操作系统介绍路由器操作系统革新434343Presentation_IDControlPlaneApplicationsForwardingPlaneApplicationsNetworkStackSystemInfrastructureForward

InfrastructureOSSchedulerManagementPlaneApplicationsHAInfrastructureControlPlaneDataPlaneManagementPlaneControlPlaneDataPlaneManagementPlaneControlPlaneDataPlaneManagementPlaneBGBRIPISISOSPFRoutingPIMIGMPRIBL2DriversACLFIBQoSLPTSHostServicePFIInterfaceCLISNMPXMLNetflowAlarmPer.fMgmtSSHSSHSSHCheckpointDBMulticastIPCSystemDBDistributedInfrastructureMemoryMgmtIPCMechSynch.ServicesSchedulerKernelSystemServices单一核心集中化系统结构集成化网络堆栈集中应用微核心分布式系统结构独立网络堆栈分布应用路由器操作系统革新444444Presentation_IDControlPlaneApplicationsForwardingPlaneApplicationsNetworkStackSystemInfrastructureForward

InfrastructureOSSchedulerManagementPlaneApplicationsHAInfrastructureControlPlaneDataPlaneManagementPlaneControlPlaneDataPlaneManagementPlaneControlPlaneDataPlaneManagementPlaneBGBRIPISISOSPFRoutingPIMIGMPRIBL2DriversACLFIBQoSLPTSHostServicePFIInterfaceCLISNMPXMLNetflowAlarmPer.fMgmtSSHSSHSSHCheckpointDBMulticastIPCSystemDBDistributedInfrastructureMemoryMgmtIPCMechSynch.ServicesSchedulerKernelSystemServices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Process

ManagerFilesystemApplicationDriverApplicationApplicationKernelFilesystemNetworkDriverFAULTFAULTFAULTFAULTContained(Restartable)SystemWideCorruptionContained(Restartable)Contained(Restartable)IOSXR内核—关键益处FEATUREPreemptiveschedulerwithsupportforprocesspriority微核心单一核心ProtectedmemoryarchitectureforapplicationprocessesProtectedmemoryarchitectureforsystemprocessesFaultprotectionforapplicationprocessesFaultprotectionforKernelprocesses

FaultprotectionforHostStackFaultprotectionfordevicedriversFaultprotectionforfilesystemInServiceSWUpgradeforapplicationprocessesInServiceSWUpgradeforInfrastructureprocesses(IPC),

kernelprocessesanddevicedriversPOSIXAPIYesYesNOYesNONONONOYesNOYesYesYesYesYesYesYesYesYesYesYesYesIOSXR™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)Hardware

ForwardingAPIFIBMFIBCEF/MFIRTOSuKernelOSPFBGPLDPPPPISSUSNMP/XMLHAInfrastructureHWForwarding

API下一代面向高端路由器的操作系统

μkμkμkμk控制平面数据平面管理平面BGPIS-ISRIPOSPFPIMIGMPQoSFIBLPTSACLPRIL2

DriversCLIXMLAlarmNetflowSNMPSSHSystem

ServicesDistributedMiddlewareIOSXR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484848ContinuousSystemOperationIOSXR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MPLSSelf-HealingSystem:BGPQoSDistributedMiddleware1ProcessMemoryViolationFaultIsCompletelyContained2KernelNotifiesSystem

ManagerofFailureBGP3SystemManagerSendsNotification,

RestartsServiceCreatesCoreFileforPost-MortemAnalysis494949ContinuousSystemOperationCiscoIOSXR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,distributed

forwarding,OnlineInsertionRemoval(OIR),parityorerrorcorrectingmemory,faultinsertiontestingISSU

InService

SoftwareUpgrade99.999+%Service

AvailabilityHitlessRPSwitchover,

FastConvergencesupportGranularProcessRestart,

FaultToleranceSoftwareDesign:microkernel,

protectedmemory,highlymodular,separationofcontrol,data,managementplanes,faultmanagement,packagingmodelNon-StopForwardingμkμkμkμk控制面板数据面板管理面板BGPIS-ISRIPOSPFPIMIGMPQoSFIBLPTSACLPRIL2

驱动程序CLIXMLAlarmNetflowSNMPSSH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。515151©2004CiscoSystems,Inc.Allrightsreserved.NGN_0401ContinuousSystemOperationATTACKSATTACKSIOSXR操作系统安全功能DataForwardingAccessDynamicSignalingManagementAccessSignalingAccess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525252©2004CiscoSystems,Inc.Allrightsreserved.Presentation_IDNextGenerationASICFlexibleInfraApplicationsIOSXR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）μkμkμkμk控制平面数据平面管理平面BGPIS-ISRIPOSPFPIMIGMPQoSFIBLPTSACLPRIL2

DriversCLIXMLAlarmNetflowSNMPSSHSystem

ServicesDistributedMiddlewareIOSXR操作系统安全数据平面保护

ACL

uRPF

NetFlow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SDR1DefaultSDRSDR2CRS-1/16R

PR

PFANFANDRPDRPDRPDRPDSCSTM-64DWDMMeshCoreInterconnectOpticaltransmissionCRS-110GEandGElinkstoPEMSANMSANVoiceGatewaysCOPEL2VPNPESTM-64VSRAccessAggregationSwitchesCLPEGExnMSANandcustomeraccess10GEandGElin