Высокопроизводительные магистральные маршрутизаторы компании CISCO

Маршрутизатор Cisco Carrier Routing System (CRS-1) представляет собой первую полностью модульную и распределенную маршрутизирующую систему, которая дает возможность операторам связи предоставлять комплекс услуг, включающий передачу данных, речи и видео, через высокодоступную, масштабируемую и гибкую единую пакетную инфраструктуру.

Cisco CRS-1 - единственный в отрасли маршрутизатор с пропускной способностью до 92 терабит в секунду (Тбит/с), который первым стал использовать пакетный IP-интерфейс OC-768/STM-256 и способен поддерживать до 1152 слотов линейных модулей, работающих со скоростью 40 Гбит/с каждый. Данная система упрощает построение современных сетей, обеспечивая при этом защиту инвестиций заказчиков на десятилетия.

Маршрутизатор Cisco CRS-1 работает под управлением операционной системы Cisco IOS/XR, являющейся единственной в отрасли самовосстанавливающейся операционной системой для мультитерабитных многостоечных операторских инфраструктур. Эта операционная система, построенная на принципах архитектуры с микроядром, обеспечивает независимость выполнения отдельных рабочих процессов, локализацию неисправностей и ограничение распространения их последствий. Благодаря таким уникальным способностям Cisco CRS-1 может обслуживаться, модернизироваться, улучшаться и расширяться без какого-либо прерывания сервиса.

Маршрутизатор Cisco CRS-1 объединяет в себе процессор Cisco Silicon Packet Processor (SPP), реализованный на самой современной специализированной микросхеме (ASIC) с быстродействием 40 Гбит/с, и операционную систему Cisco IOS XR с уникальной архитектурой разделения выполняемых функций, а также мультисервисную интеллектуальную матрицу коммутации с целью обеспечения максимальной гибкости и набора предоставляемых сервисов.

Маршрутизатор Cisco CRS-1 состоит из двух основных элементов - стоек линейных карт и стоек карт матриц коммутации. Cisco CRS-1 может использоваться в двух конфигурациях - в качестве одностоечной и многостоечной системы

Основные компоненты: маршрутизаторы CRS-1, стойка линейных карт на 8 слотов, стойка линейных карт на 16 слотов, стойка матриц коммутации.

Конфигурация системы:

Одностоечная конфигурация – поддерживает 8/16 – 40 гбит/с линейных карт, что обеспечивает емкость коммутации 640 гбит/с и 1,2 гбит/с.

Многостоечная конфигурация системы может содержать от 2 до 72 стоек линейных карт и от 1 до 8 стоек матриц коммутации. Максимальная емкость коммутации может составить 92 тбит/с и поддерживает 1152 линейных карт.

Функциональная структура показана на рисунке 4.16.

Рисунок 4.16

Линейная карта разделяется на два основных компонента: интерфейсный модуль ИМ – обеспечивает физические подключения к сети. Модули бывают следующих типов: 1- портовой, использует ОС-768/STM286, 4-портовой – ОС-192/STM64, 16-портовой – ОС 48/STM16 и 8-портовой GE. Модульная сервисная карта MSC – высокопроизводственный комплекс коммутации. В каждом MSC находятся два высокоскоростных процесса Cisco SPP (Silicon Packet Processor), один для обработки входящего трафика и один исходящего.

Cisco SPP – матрица, состоящая из 188 32-разрядных процессоров, которая обеспечивает внушительную мощность 40 гбит/с, Cisco SPP реализован на заказной микросхеме ASIC. Центральный микропроцессор - решает задачи системного управления, выполняет функции процессора стойки и содержит до 4 ГБ RAM памяти и жесткий диск емкостью 40 Гбит.

Процессор DRP использует два кластера двойных процесоров Power PC в симметричной мультиплексорной конфигурации. Матрица коммутации обеспечивает взаимодействие между линейными картами. Физически матрица Cisco разделена на 8 параллельных линий и содержит 3 стадии коммутации.

Стадия 1 (S1) – подключена к выходам линейных карт и передает ячейки на карты матрицы стадии 2.

Стадия 2 (S2) доставляет ячейки на соответствующие карты матрицы стадии 3.

Стадия 3 (S3) подключена к исходящей линейной карте.

В одностоечной конфигурации карты матрицы содержат все три стадии S1, S2, S3. В многостоечной конфигурации может быть использовано от 1 до 8 стоек матрицы коммутации.

Маршрутизаторы семейства ASR100 созданы на основе сетевого процессора CQF. Эти маршрутизаторы снабжены двумя сетевым процессорами CQF для создания избыточности. Второй может находиться в пассивном состоянии (stand by) до возникновения критических ситуаций. Маршрутизаторы предназначены для решения высокопроизводительных задач распределенной маршрутизации и являются самыми мощными в мире.

Сетевой процессор Cisco Quantum Flow (CQF)условно можно разделить на два модуля – обработки данных ОД и управления трафиком УТ (рис.4.17). Все операции с данными производятся потоковыми обработчиками PPE (Packet Processor Engine), каждый из которых представляет собой 32-разрядное ядро RISC-архитектуры, способное обслуживать четыре независимых потока данных. Общее число таких PPE составляет 160. В схеме сетевого процессора Quantum Flow используется кэш-память двух уровней. Память первого уровня 16 Кб доступна каждому из четырех потоков в пределах одного РРЕ. Кэш-память L2, состоящая из 2 блоков по 256 Кб используется всеми РРЕ. Каждый поток может получить доступ не только к собственному пространству кэш-памяти L1, но и к внешней памяти.

Сетевой процессор Quantum Flow (CQF) поддерживает большое количество высокоскоростных интерфейсов, осуществляя обмен данными в диапазоне от 5 до 100 Гб/с по двунаправленным каналам. В первую очередь это высокоскоростной интерфейс связи с блоками внешней памяти, различных типов, например, статической RAM, которая хранит информацию о состоянии очередей, буферизации пакетов, программных библиотек. Отдельный высокоскоростной интерфейс применяется для управления и составления специализированных таблиц СQF, входящих в состав хост-системы. Через этот интерфейс осуществляется передача баз данных и специализированных таблиц. Отдельно имеются интерфейсы обмена трафиком для разделяемых портов-адаптеров STA (Shared Port Adapter).

Рисунок 4.17

Упрощенная схема работы CQF включает в себя следующие шаги:

1. Очередной кадр, поступает через входной порт в области памяти пакетов.
2. Содержимое полученного пакета распределяется на один из свободных обработчиков пакетов РРЕ.
3. Выбранный обработчик РРЕ обрабатывает пакет.
4. Обработанный пакет поступает на модуль управления трафиком (УТ), где помещается в выходную очередь для передачи либо произвольному внешнему интерфейсу, другому РРЕ либо внешнему обработчику такому, как криптографический процессор или процессор маршрутизации. Внешний криптографический процессор, выполняя необходимые действия, возвращает пакет обратно в СQF. В состав СQF входит около 800 млн транзисторов.

Сетевой процессор CQF на несколько поколений опережает существующие решения имея высокую производительность, интеллектуальность и гибкие возможности программирования. CQF будет обеспечивать выполнение сетевых задач минимум 10 ближайших лет.