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1、Cisco CRS-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POS 40G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+I Best of Show Award,Network Core Innovation and Advances InfoVision Award by IEC,Light
2、 Reading Product of the Year(2004),Cisco Confidential,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,Cisco CRS-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（Silicon Pack
3、et Processor），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,Cisco CRS-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-1 16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
4、槽8个矩阵卡尺寸:宽度长度高度：23.6”x 41*”x 84”(即60 x 104.2 x 213。36厘米)电源:直流电源13900W,交流电源14600W,正面,背面,交换矩阵(4),Cisco CRS-1 系统概述线卡机箱简介8插槽,Cisco CRS-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”x 40.5*”x 38.5”(包括配件)(即44.5 x 104.2 x 97.8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
5、视图,MSCs(4),RPs(2),Power Supplies(4)/Air Intake,PLIMs(4),Fans/Air Exhaust,Power Connectors,SwitchFabric(4),Four Line Card Slots(40G)320Gbps Switching Capacity Same CRS-1 Line Cards(PLIM/SIP/SPA etc)Same RP as the CRS-1 8/S,CRS-1 4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/MPLS
6、16000QoS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,Cisco CRS-1 系统概述多平面多级交换矩阵,1 of 8,2 of 8,8 of 8,1,2,8,1,2,16,40 Gbps,Line Card,Line Card,50 Gbps,Fabric Chassis,100 Gbps,1296 X 1296 带缓存的无阻塞交换多级互联三级Benes拓扑,S1,S2,S3,
7、S1,S2,S3,S1,S2,S3,两个优先级HP 低延时流量LP Best Effort 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,FIBER BUNDLE 每线缆12根光纤每捆6根线缆(72 fibers per bundle)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24 bundles or connections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
8、有24块交换矩阵卡216 bundles or connections,Multiple BundlesBetween LC ChassisAnd FC Chassis,Array Cables,Turn Radius collar attachment,来自矩阵ASIC,内存控制,Cisco CRS-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,LC FE 链路,CPU,CTL GE 链路,CTL GE 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
9、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,BGP IS-IS,RP1,RP2,RP3,RPn,MPLS,Multicast,弹性系统 进程分布,Unparalleled System Longevity,分布式路由引擎,两个部件 DRP PLIM and DRP CPU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,DRP PLIM,DRP CPU,分布BGP 宣告者到多个RP和DRPs唯一一致的 BGP RIB 分布到外部的对端极具扩展能力的BGP处理
10、能力,DRP应用BGP Multi-speakers,21,21,21,2006 Cisco Systems,Inc.All rights reserved.,March 2006,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800 Mhz PPC2GB CPU 内存/2GB packet 数据缓存,MODULAR SERVICES CARD,IngressQueuing,RX SPPL3 Engine,CPU,SquidGW,From Fa
11、bric ASIC,TX SPP L3 Engine,EgressQueuing,MIDPLANE,Interface Module ASIC,OC192Framer&Optics,OC192Framer&Optics,OC192Framer&Optics,OC192Framer&Optics,Interface Module,To Fabric,From PLIM,To PLIM,From Fabric,Ingress Packet Flow,Egress Packet Flow,PLIM4-Port OC-192c/STM-64c POS/DPT16-Port OC-48c/STM-16c
12、 POS/DPTOC768c/STM256 POSOC768c/STM256 POS tunable WDMPOS 8x10GE(XENPACK optics inc DWDM options)4x10GE tunable WDMPHYSPA jacket,OC192Framer&Optics,CRS-1 线路卡概况数据流向简介,MODULAR SERVICES CARD,PLIM,MIDPLANE,CPU,SquidGW,OC192Framer&Optics,OC192Framer&Optics,OC192Framer&Optics,OC192Framer&Optics,Egress Pac
13、ket Flow,From Fabric,Interface Module ASIC,RX SPPL3 Engine,IngressQueuing,TX SPP L3 Engine,From Fabric ASIC,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136 byte 信元120 byte 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,RX
14、SPPL3 Engine,From PLIM,MIDPLANE,Ingress Packet Flow,To Fabric,CRS1输入队列ASIC输入队列、整形,FROMSPP,TO FABRIC QUEUES,8192 QUEUES,1K PORTS(PORT/VLAN),WRED,HP,LP,LP,MDRR/Shaper,MDRR/Shaper,MDRR/Shaper,P1,P2,P1023,ShapingMax BW,Max BW,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800
15、0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,To PLIM,From Fabric,MIDPLANE,Egress Packet Flow,FromFabricASIC,RX SPPL3 Engine,EgressQueuing,CRS1输出队列ASIC输出队列、整形,8192 QUEUES,1K PORTS,WRED,2K Groups,FROMSPP,HP,LP,LP,MDRR/Shaper,MDRR/Shaper,MDRR/Shaper,G1,G2,GX,ShapingMax BW,ShapingMax BW,MDRR/Sha
16、per,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),80Mpps IPv4/IPv6/MPLS/MulticastMPLS with TE/FRRLink Bundling(v4/v6)Load Balancing L3(v4/v6)ACL(64000)Policing/Marking/WREDSampled NetflowPer prefix accountingGRE/L2TPv3 tunnelingRPF(Loose/strict)(v4/v6)VPN,MIDPLANE,From PLIM,T
17、o PLIM,TX SPPL3 Engine,EgressQueuing,RX SPPL3 Engine,To IngressQueuingASIC,From FabricASIC,最广泛的软件功能支持可编程硬件线速处理性能,OC192Framer&Optics,Interface Module ASIC,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
18、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。,29,29,29,2004 Cisco Systems,Inc.All rights reserved.,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-11 ASIC 制造技术188 Packet
19、Processing Engines(PPE)Packets evenly distributed across PPEsEach PPE is a 32-bit RISC processor 250MHz48,000 MIPS完全可编程化,CRS1 SPP世界上第一块40G和最复杂的ASIC,#Transistors(Million)晶体管个数(百万),Feature Size/#Metal Layers线径金属层数,Chip Size(mm2)晶片尺寸,422537.529509756,0.18/6M0.18/6M0.18/6M0.15/7M0.18/6M0.18/7M0.11/6M,21
20、7300128210243350334,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 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,32,32,32,Presentation_ID,LC,RP,LC,FIB,GlobalIDB&AIB,CPU,CPU,Switchi
21、ng Fabric,GlobalInt.Mgr.,彻底消除路由器系统瓶颈,最新跨平台接口模块Shared Port Adapters(SPAs),Cisco 7500Cisco 7200Cisco 7400,Port Adapters(PA),CRS-1Cisco 12000Cisco 7600Cisco 7300,模块化端口 丰富的软件功能线速转发性能 共享的端口,Shared Port Adapter(SPA),Extending the Cisco 7xxx VIP/PA Model,SIP和SPA的实现结构,SFP Optics,SIP板卡7304 Series7304-MSC-100
22、(2.5G)7600 Series7600-SIP-200(622M)7600-SIP-400(2.5G)7600-SIP-600(10G)12000 Series 12000-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),SFP Optics,Cu LIUs,Optical SPAs,Ethernet SPAs,Serial SPAs,Service SPAs,SPA-HostInterface,CRS1-SIP-800,Cisco CRS
23、-1 SPA Interface Processor-800 CRS-SIP 结构,支持6个半高10G SPA 槽位2个半高SPA槽位可以支持一个全高槽位 支持以下SPA1-Port OC-192c/STM-64c POS XFP SPA 8-Port Gigabit Ethernet SPA 4-Port OC-3c/STM-1 POS SPA8-Port OC-3c/STM-1OC-12c/STM-4 POS SPA 2xOC48/4xOC48,Jacket Card,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
24、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(1 to 8)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,S3,1.2Tbps Stand-alone3-stages of fabric in LC chassisno optics,1.2 Tbps to 92 TbpsCentralized fabricOptically connected,S1,S2,S1,S3,S2,S3,S3,S3,1X,1X,2X,2X,Li
25、ne Card Chassis 1,Fabric CardChassis 1,Line CardChassis 2,18个机架系统,72个机架系统,交换矩阵升级不影响在线业务,Max LC chassis(full LC chassis only*),Max Fabric Chassis,配置,1,0,18,2,72,8,Max 40GSlots,16,288,1152,Max BWTbps,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
26、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（Silicon Packet Processor），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,Control Plane Applications,Forwarding Plane Applications,Network Stack,System Infrastructure,ForwardInfrast
27、ructure,OS Scheduler,Management Plane Applications,HA Infrastructure,Control Plane,Data Plane,Management Plane,Control Plane,Data Plane,Management Plane,Control Plane,Data Plane,Management Plane,BGB,RIP,ISIS,OSPF,Routing,PIM,IGMP,RIB,L2 Drivers,ACL,FIB,QoS,LPTS,Host Service,PFI,Interface,CLI,SNMP,XM
28、L,Netflow,Alarm,Per.fMgmt,SSH,SSH,SSH,Checkpoint DB,Multicast IPC,System DB,Distributed Infrastructure,Memory Mgmt,IPC Mech,Synch.Services,Scheduler,Kernel System Services,路由器操作系统革新,44,44,44,Presentation_ID,Control Plane Applications,Forwarding Plane Applications,Network Stack,System Infrastructure,
29、ForwardInfrastructure,OS Scheduler,Management Plane Applications,HA Infrastructure,Control Plane,Data Plane,Management Plane,Control Plane,Data Plane,Management Plane,Control Plane,Data Plane,Management Plane,BGB,RIP,ISIS,OSPF,Routing,PIM,IGMP,RIB,L2 Drivers,ACL,FIB,QoS,LPTS,Host Service,PFI,Interfa
30、ce,CLI,SNMP,XML,Netflow,Alarm,Per.fMgmt,SSH,SSH,SSH,Checkpoint DB,Multicast IPC,System DB,Distributed Infrastructure,Memory Mgmt,IPC Mech,Synch.Services,Scheduler,Kernel System Services,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,IOS XR 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
31、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),System Wide Corruption,Contained(Restartable),Contained(Restartable),IOS XR 内核关键益处,FEATURE,Preemptive scheduler
32、with support for process priority,微核心,单一核心,Protected memory architecture for application processes,Protected memory architecture for system processes,Fault protection for application processes,Fault protection for Kernel processes,Fault protection for Host Stack,Fault protection for device drivers,F
33、ault protection for file system,In Service SW Upgrade for application processes,In Service SW Upgrade for Infrastructure processes(IPC),kernel processes and device drivers,POSIX API,Yes,Yes,NO,Yes,NO,NO,NO,NO,Yes,NO,Yes,Yes,Yes,Yes,Yes,Yes,Yes,Yes,Yes,Yes,Yes,Yes,IOS XR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
34、布式处理,高度的扩展性（多CPU，多机架）不间断运营（ISSU,IPv4/v6/MPLS HA)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,IOS XR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,Continuous System Operation,IOS XR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
35、启和恢复流程正常运行,MPLS,Self-Healing System:,BGP,QoS,Distributed Middleware,49,49,49,Continuous System Operation,Cisco IOS XR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,Hardware Design:redundancy(fabric,power,thermal,route processor,line card),high MTBF,distributed forwarding,Online Insertion Removal(OIR),parity
36、or error correcting memory,fault insertion testing,ISSUIn ServiceSoftware Upgrade,99.999+%Service Availability,Hitless RP Switchover,Fast Convergence support,Granular Process Restart,Fault Tolerance,Software Design:microkernel,protected memory,highly modular,separation of control,data,management pla
37、nes,fault management,packaging model,Non-Stop Forwarding,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。,51,51,51,2004 Cisco Systems,Inc.All ri
38、ghts reserved.,NGN_0401,Continuous System Operation,ATTACKS,ATTACKS,IOS XR操作系统安全功能,Data Forwarding Access,Dynamic Signaling,Management Access,Signaling Access,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,52,52,52,2004 Cisco Systems,Inc.All rights reserved.,Presentation_ID,Next Generat
39、ion ASIC,Flexible Infra,Applications,IOS XR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（RFC 3682，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）,IOS XR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
40、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-64 DWDM MeshCore Interconnect,Optical transmission,CRS-1,10GE and GE links to PE,MSAN,MSAN,Voice Gateways,CO PE,L2VPN PE,STM-64 VSR,Access Aggregation Switches,CL PE,GE x n MSAN and customer access,10GE and GE links to PE and BRAS,BRAS,C
41、RS-1 Multi-Instance Service Separation Architecture,High Touch Services Cluster,Hi Touch Data Services,FW,DPI,虚拟化POP点POP点整合,CRS-1 Multi-Instance Routing,L3 Edge(PE)SDR,Core(P)SDR,L2 Edge(PE)SDR,Advanced Services SDR,CRS-1管理构架,一致的数据，多种管理方式:CLI,SNMP or XML,57,57,57,2006 Cisco Systems,Inc.All rights re
42、served.,March 2006,CRS-1管理Craft Works Interface(CWI)-系统视图,Continuous System Operation,CRS-1管理Craft Works Interface(CWI)-综述,图形化配置桌面 支持端口配置克隆支持协议:BGP,ISIS,OSPF,TE经确认的两阶段配置配置编辑器支持SSH/Telnet资产管理机架视图集成的告警视图,59,无比方便的系统管理(OAM),离线配置和配置检查 支持配置回退基于任务级别的操作控制域使用增强的命令行/路由策略语言降低70%配置工作,60,60,60,2004 Cisco Systems
43、,Inc.All rights reserved.,NGN_0401,Continuous System Operation,IOSXR的技术优势,实时微内核系统采用真正基于微内核的实时系统，全模块化软件级别极高的系统可靠性 在线业务升级ISSU多个相互独立的进程，例如：ISIS、OSPF和BGP均采用独立进程，他们互不影响并且可以单独升级维护，可以实现真正的ISSU在线维护和升级全分布式系统系统的分布式结构，真正可扩展的多机箱集群系统。不同的网络应用进程分散在不同的、更多的RP和DRP路由引擎中，极高的系统控制平面处理能力路由策略语言RPL 可以使路由的政策更容易开发及维护,电信级超大规模路由设备软件基础,总结,重新定义IP通信思科运营商路由系统,电信级的稳定性真正的电信级OS独立的控制、数据和管理面板不间断的服务中硬件和软件升级简便的、大规模的管理服务灵活性利用安全域路由器实现网络融合可以加快服务推出速度的组件单一的系统PoP设计卓越的扩展性多机箱矩阵最高可以扩展到92Tbps针对IPv4、IPv6和MPLS的可编程40G 硅分组处理器,
