Cisco 7200 系列路由器的体系结构

简介

本文档概述了Cisco 720x系列路由器的硬件和软件架构。

先决条件

要求

本文档没有任何特定的要求。

使用的组件

本文档不限于特定软件版本，并基于Cisco 7200系列路由器。

本文档中的信息都是基于特定实验室环境中的设备编写的。本文档中使用的所有设备最初均采用原始（默认）配置。如果您使用的是真实网络，请确保您已经了解所有命令的潜在影响。

规则

有关文档规则的详细信息，请参阅 Cisco 技术提示规则。

硬件 体系结构

机箱 概述

7200系列路由器机箱包括2插槽Cisco 7202、4插槽Cisco 7204和Cisco 7204VXR，以及6插槽Cisco 7206和Cisco 7206VXR:

• 7202：仅支持以下网络处理引擎(NPE)的双插槽机箱：

  • NPE-100

  • NPE-150

  • NPE-200

• 7204：带传统中板的4插槽机箱。

• 7206：6插槽机箱，带传统中板。

• 7204VXR:4插槽机箱，带VXR中板。

• 7206VXR:6插槽机箱，带VXR中板。

7200系列硬件架构因型号而异，取决于机箱和NPE的组合，但通常可以分为两种主要设计。本文档重点介绍以下两个主要设计：

• 具有原始中板和早期NPE(NPE-100、NPE-150、NPE-200)的路由器。

• 具有VXR中板和更高NPE（NPE-175、NPE-225、NPE-300、NPE-400、NPE-G1等）的路由器

VXR机箱在与NPE-300、NPE-400或NPE-G1配合使用时提供1 Gbps中板。此外，VXR中板还包括多服务交换(MIX)。MIX支持通过MIX互联跨中板将DS0时隙交换到每个端口适配器插槽。中板和MIX还支持信道化接口之间的时钟分配，以支持语音和其他恒比特率应用。VXR中板在每个端口适配器插槽和MIX之间提供两个全双工8.192 Mbps时分复用(TDM)流，MIX具有在所有12个8.192 Mbps流上交换DS0的能力。每个流最多可支持128个DS0通道。

Cisco 7200 VXR路由器还支持网络服务引擎NSE-1，该引擎由两个模块化主板组成：处理器引擎板和网络控制器板。处理器板基于NPE-300架构。网络控制器板托管并行eXpress转发(PXF)处理器，该处理器与路由处理器配合工作，以提供加速的分组交换和加速的IP第3层功能处理。

网络处理引擎 - 网络服务引擎

NPE包含主存储器、CPU、外围组件互连(PCI)存储器（静态随机访问存储器 — SRAM），但使用动态RAM(DRAM)的NPE-100和PCI总线的控制电路除外。网络处理引擎由以下组件组成：

• 一种精简指令集计算(RISC)微处理器。表1列出了各种NPE的微处理器及其内部时钟速度。

  表1 — 适用于各种NPE的RISC微处理器

  网络处理引擎	微处理器	内部时钟速度
  NPE-100和NPE-150	R4700	150 MHz
  NPE-175	RM5270	200 MHz
  NPE-200	R5000	200MHz
  NPE-225	RM5271	262 MHz
  NPE-300	RM7000	262 MHz
  NPE-400	RM7000	350 MHz
  NPE-G1	BCM1250	700 MHz
  NSE-1	RM7000	262 MHz

• 系统控制器

  • NPE-100、NPE-150和NPE-200具有系统控制器，该系统控制器使用直接存储器访问(DMA)在网络处理引擎上的DRAM和分组SRAM之间传输数据。

  • NPE-175和NPE-225具有一个系统控制器，该控制器提供对两个中板和单个输入/输出(I/O)控制器PCI总线的处理器访问。系统控制器还允许两个中板PCI总线中的任一条上的端口适配器访问SDRAM

  • NPE-300有两个系统控制器，可提供对两个中板和单个I/O控制器PCI总线的处理器访问。系统控制器还允许两个中板PCI总线中的任一条上的端口适配器访问SDRAM。

  • NPE-400有一个系统控制器，提供系统访问。

  • NPE-G1 BCM1250还维护并执行Cisco 7200 VXR路由器的系统管理功能，并保存系统内存和环境监控功能。

  • NSE-1具有一个系统控制器，用于提供对中板和单个I/O控制器PCI总线的处理器访问。系统控制器还允许两个中板PCI总线中的任一条上的端口适配器访问SDRAM。

• 可升级的内存模块

  • NPE-100、NPE-150和NPE-200使用DRAM存储路由表、网络记帐应用、准备进程交换的信息包和SRAM溢出的分组缓冲（NPE-100中除外，该NPE-100不含分组SRAM）。 标准配置为32 MB，通过单列直插式内存模块(SIMM)升级可提供高达128 MB。

  • NPE-175和NPE-225使用SDRAM提供代码、数据和数据包存储。

  • NPE-300使用SDRAM存储从网络接口接收或发送的所有数据包。SDRAM还存储路由表和网络记帐应用。系统中有两个独立的SDRAM内存阵列，允许端口适配器和处理器并行访问。NPE-300具有固定配置警告，第一个32MBdimm。有关详细信息，请参阅NPE-300和NPE-400概述的表3-2。

  • NPE-400使用SDRAM存储从网络接口接收或发送的所有数据包。系统中的SDRAM内存阵列允许端口适配器和处理器并行访问。

  • NSE-1使用SDRAM提供代码、数据和数据包存储。

  • NPE-G1使用SDRAM存储从网络接口接收或发送的所有数据包。SDRAM还存储路由表和网络记帐应用。系统中有两个独立的SDRAM内存阵列，允许端口适配器和处理器并行访问。

• 分组SRAM，用于存储信息分组以准备快速交换

  • NPE-150有1 MB的SRAM，NPE-200有4 MB的SRAM。其他网络处理引擎或网络服务引擎都没有SRAM。

• 缓存存储器

  • NPE-100、NPE-150和NPE-200具有统一缓存，用作微处理器的辅助缓存（主缓存在微处理器内）。

  • NPE-175和NPE-225具有两个缓存级别：处理器内部的主缓存和辅助2 MB外部缓存，为数据和指令提供额外的高速存储。

  • NPE-300有三个缓存级别：微处理器内部的主缓存和辅助缓存，以及为数据和指令提供额外高速存储的三级2 MB外部缓存。

  • NPE-400有三个缓存级别：微处理器内部的主缓存和辅助缓存，以及为数据和指令提供额外高速存储的第三4 MB外部缓存。

  • NSE-1有三个缓存级别：微处理器内部的主统一缓存和辅助统一缓存，以及三级2 MB外部缓存。

  • NPE-G1有两个缓存级别：微处理器内部的主缓存和辅助缓存。辅助统一缓存用于数据和指令。

• 两个环境传感器，用于在冷却空气离开机箱时对其进行监控。

• 启动ROM以存储足够的代码以启动Cisco IOS®软件；NPE-175、NPE-200、NPE-225、NPE-300、NPE-400、NPE-G1和NSE-1具有引导ROM。

网络服务引擎(NSE-1)在运行并发高接触广域网边缘服务的同时提供线速OC3吞吐量。底层设计利用NPE-300技术，该技术通过称为并行快速转发(PXF)引擎的流程密集型微代码引擎进行增强。这种独特的双处理架构为渴求流程的智能网络服务提供了巨大的性能提升。路由/交换处理器将复杂的第4层到第7层高接触服务卸载到PXF处理器，并保持线速性能。

有关其他信息，请参阅：

• NPE和NSE安装和配置

• 产品公告和EoS公告

I/O 板

I/O控制器与网络处理引擎共享Cisco 7200路由器的系统内存功能和环境监控功能。它包含以下组件：

• 根据I/O控制器类型，一个或两个自动感应以太网/快速以太网端口或1千兆以太网和1以太网端口。

• 本地控制台和辅助端口的双通道。

• 闪存，用于存储引导助手映像以及其他数据（如crashinfo文件）。

• 闪存磁盘或闪存卡的两个PC卡插槽，其中包含默认的Cisco IOS软件映像。

• 引导ROM以存储足够的代码来引导Cisco IOS软件（C7200-I/O-2FE/E没有引导ROM组件）。

• 两个环境传感器，用于监控冷却空气进入和离开Cisco 7200机箱时的情况。

• 非易失性随机访问存储器(NVRAM)，用于存储系统配置和环境监控日志。

I/O控制器说明

表2 - I/O控制器及其说明

产品号	描述
C7200-I/O-GE+E	1个千兆以太网和1个以太网端口；配备1000兆位/秒(Mbps)操作的GBIC插座和10-Mbps操作的RJ-45插座
C7200-I/O-2FE/E	两个自感以太网/快速以太网端口；配备两个RJ-45插座，用于10/100-Mbps操作。
C7200-I/O-FE1	一个快速以太网端口；配备MII插座和RJ-45插座，以100 Mbps全双工或半双工操作使用。一次只能配置一个插座以供使用。
C7200-I/O	没有快速以太网端口。
C7200-I/O-FE-MII2	一个快速以太网端口；配备一个MII插座。

¹产品编号C7200-I/O-FE未指定MII，因为MII和RJ-45插座都包含在内。

²产品编号为C7200-I/O-FE-MII的I/O控制器仅具有单个MII快速以太网插座。尽管仍受思科系统公司支持，但自1998年5月以来，该带有单个MII插座的I/O控制器一直无法订购。

您还可以从终端识别您的I/O控制器型号。为此，请使用show diag slot 0命令。

NPE-G1是Cisco 7200 VXR路由器的第一个网络处理引擎，可同时提供网络处理引擎和I/O控制器的功能。虽然其设计提供I/O控制器功能，但也可与Cisco 7200 VXR中支持的任何I/O控制器配合使用。当您将I/O控制器安装在带NPE-G1的机箱中时，I/O控制器上的控制台和辅助端口会激活。此外，NPE-G1上的控制台和辅助端口会自动禁用。但是，在安装两个卡时，您仍然可以在NPE-G1和I/O控制器上使用闪存磁盘插槽和以太网端口。

注意：I/O控制器不可热插拔。在插入I/O控制器之前，请关闭电源。

有关其他信息，请参阅：

• 输入/输出控制器更换说明

• 传统中板的输入/输出控制器

• VXR中板的输入/输出控制器

端口适配器 (PA)

这些模块化接口控制器包含在物理介质上发送和接收数据包的电路。这些端口适配器与Cisco 7500系列路由器通用接口处理器(VIP)上使用的端口适配器相同。两个平台都支持大多数端口适配器，但有一些例外。某些需要时分复用(TDM)交换机的PA仅在VXR中板上受支持。

Cisco 7200路由器中安装的端口适配器支持在线插拔(OIR)。 它们可热插拔。

Cisco 7200系列路由器具有数据传输容量（称为带宽），会影响机箱中的端口适配器分布以及可安装的端口适配器的数量和类型。端口适配器必须按PCI总线mb1（PA插槽0、1、3和5）和PCI总线mb2（PA插槽2、4、6）之间的带宽均匀分配。

Cisco 7200或Cisco 7200 VXR路由器，带网络处理引擎(NPE)NPE-100、NPE-150、NPE-175、NPE-200或NPE-225，使用高、中或确定端口适配器分配和配置的低带宽指定。

带NPE-300、NPE-400或NSE-1的Cisco 7200 VXR路由器使用带宽点来确定端口适配器的分配和配置，而不是高、中或低带宽标识。带宽点是与带宽相关的指定值；但是，根据硬件使用PCI总线的效率调整该值。

注意：您可以使用Cisco 7200系列路由器，其端口适配器配置超出指南。但是，为防止路由器在使用过程中出现异常，我们强烈建议您根据以下链接中列出的准则限制路由器中安装的端口适配器类型。此外，在思科技术支持中心对Cisco 7200系列路由器中出现的异常进行故障排除之前，您的端口适配器配置必须符合这些准则。端口适配器可热插拔。

更多信息可在以下位置找到：

• 什么导致%PLATFORM-3-PACONFIG 和%C7200-3-PACONFIG 错误信息？

• 思科7200系列端口适配器硬件配置指南

注：新Cisco 7200 VXR路由器的版本需要某些端口适配器更新才能实现转发兼容性。此要求是由于Cisco 7200 VXR路由器中新的、高速的外围组件互联(PCI)中板。只有Cisco 7200 VXR路由器中使用的端口适配器需要此更新。由于无法升级所有端口适配器，因此Cisco 7200 VXR路由器不支持某些端口适配器。有关详细信息，请参阅现场通知：Cisco 7200 VXR路由器的端口适配器兼容性。

结构图

内存详细信息

7200系列路由器根据型号将NPE上的DRAM、SDRAM和SRAM内存按各种组合使用。可用内存分为三个内存池：处理器池、I/O池和PCI池（NPE-300上的I/O-2）。

以下是一些show memory命令输出示例，这些示例使用具有43008K/6144K字节内存的Cisco 7206(NPE150)处理器（修订版B）：

legacy_7206#show memory 
               Head   Total(b)    Used(b)    Free(b)  Lowest(b) Largest(b) 
Processor  61A08FE0   16740384   10070412    6669972    6502744    6596068 
      I/O   2A00000    6291456    1482392    4809064    4517540    4809020 
      PCI  4B000000    1048576     648440     400136     400136     400092 

cisco 7206VXR (NPE300) processor (revision B) with 122880K/40960K bytes of memory 

7206VXR#show memory 
                Head    Total(b)     Used(b)     Free(b)   Lowest(b)  Largest(b) 
Processor   6192B280    99437952    27769836    71668116    70358432    70358428 
      I/O   20000000    33554440     4626776    28927664    28927664    28927612 
    I/O-2    7800000     8388616     2140184     6248432     6248432     6248380 

• 处理器内存:此池用于存储Cisco IOS软件代码、路由表和系统缓冲区。它从NPE-100、NPE-150和NPE-200上的DRAM中分配；NPE-175和NPE-225上的SDRAM区域；和NPE-300上的SDRAM组1。

• I/O内存:此池用于粒子池。接口专用池和公共粒子池都从此内存中分配。此内存的大小取决于NPE的类型。NPE-150和NPE-200都具有固定数量的SRAM，用于输入/输出(I/O)内存的形式：NPE-150为1 MB，NPE-200为4 MB。NPE-300使用其固定为32 MB的SDRAM库0。

• PCI内存:此小池主要用于接口接收和传输环。它有时用于为高速接口分配专用接口粒子池。在NPE-175、NPE-225和NPE-300系统上，此池在SDRAM中创建。在NPE-150和NPE-200上，它完全在SRAM上创建。

有关位置和内存表规范的详细信息，请参阅内存位置和规范。通过此链接，您还可以找到一些与内存相关的指南和限制，这些指南和限制按NPE/NSE分类。

另一个有用的链接是NPE或NSE和I/O控制器的内存更换说明。

启动顺序

在启动过程中，观察系统LED。大多数端口适配器上的LED以不规则顺序打开和关闭。有些人可能会继续，离开，然后再继续一段时间。在I/O控制器上，I/O电源正常LED立即亮起。

观察初始化过程。系统启动完成（几秒钟）后，网络处理引擎或网络服务引擎开始初始化端口适配器和I/O控制器。在此初始化期间，每个端口适配器上的LED的行为不同（大多数闪存都打开和关闭）。

初始化完成后，每个端口适配器上启用的LED会亮起，控制台屏幕显示类似以下内容的脚本和系统标语：

Cisco Internetwork Operating System Software
IOS (tm) 7200 Software (C7200-IK8S-M), Version 12.2(10b), 
RELEASE SOFTWARE (fc1)
Copyright (c) 1986-2002 by cisco Systems, Inc.
Compiled Fri 12-Jul-02 07:47 by xxxxx
Image text-base: 0x60008940, data-base: 0x613D4000

首次启动路由器时，系统会自动输入setup命令工具，该工具确定安装了哪些端口适配器，并提示您提供每个适配器的配置信息。在控制台终端上，在系统显示系统标语和硬件配置后，您会看到以下系统配置对话框提示：

--- System Configuration Dialog ---

Would you like to enter the initial configuration dialog? [yes/no]:

如果系统未完成启动过程中的每个步骤，请参阅排除安装故障以获取故障排除提示和步骤。

分组交换

Cisco 7200系列支持进程交换、快速交换和思科快速转发(CEF)，但不支持任何形式的分布式交换。NPE中的主CPU执行所有交换任务。

本部分的说明基于“Inside Cisco IOS软件架构”一书， Cisco Press.¹

1 - 包接收阶段

以下步骤说明收到数据包时会发生什么情况：

步骤 1：数据包从介质复制到与接口的接收环链接的一系列粒子中。根据接口和平台的介质速度，粒子可以驻留在I/O内存或PCI内存中。

步骤 2：接口向CPU引发接收中断。

步骤 3：Cisco IOS软件确认中断并开始尝试分配粒子以替换接口接收环上填充的粒子。Cisco IOS软件首先检查接口的专用池，如果专用池中没有，则检查公共普通池。如果没有足够的粒子来补充接收环，则丢弃分组（清除接收环上分组的粒子），并增加“无缓冲”计数器。

在本例中，Cisco IOS软件也会限制接口。当接口在7200上被限制时，所有收到的数据包都会被忽略，直到接口被取消限制。在用自由粒子补充耗尽的粒子池后，Cisco IOS软件会取消限制接口。

步骤 4：Cisco IOS软件将接收环中数据包的粒子链接在一起，然后将它们链接到粒子缓冲区报头。然后，它将它们链接到环以代替分组的粒子，以便用新分配的粒子补充接收环。

2 - 包交换阶段

现在，数据包已粒化，Cisco IOS软件将交换数据包。以下步骤描述了此过程：

步骤 5：交换代码首先检查路由缓存（快速或CEF），以查看它是否能快速交换数据包。如果在中断期间可以交换数据包，它会跳转到步骤6。否则，它会继续为进程交换准备数据包。

• 5.1：数据包合并为连续的缓冲区（系统缓冲区）。 如果没有可用系统缓冲区可以接受数据包，则丢弃该数据包，并且“no buffer”计数器会递增，如show interfaces命令的输出所示：

  Router#show interfaces
  Ethernet2/1 is up, line protocol is up
  ....
    Output queue 0/40, 0 drops; input queue 0/75, 0 drops
    5 minute input rate 5000 bits/sec, 11 packets/sec
    5 minute output rate 0 bits/sec, 0 packets/sec
       1903171 packets input, 114715570 bytes, 1 no buffer
       Received 1901319 broadcasts,  0 runts, 0 giants, 1 throttles
  ....
  

  如果Cisco IOS软件无法分配系统缓冲区来合并粒子缓冲区，它还会限制接口并增加“throttles”计数器，如上面的show interface 命令输出示例所示。当接口被限制时，会忽略所有输入流量。在Cisco IOS软件有可用于接口的空闲系统缓冲区之前，接口将保持受限状态。

• 5.2：当数据包合并时，它将排入进程交换的队列，并且处理此类数据包的进程将安排运行。接收中断随后被解除。

• 5.3：假设这是IP数据包。当IP输入进程运行时，它会查询路由表并发现出站接口。它查询与出站接口关联的表，并查找需要放置在数据包上的MAC报头。

• 5.4：数据包成功交换后，会将其复制到出站接口的输出队列。

• 5.5:从此，Cisco IOS软件将进入传输阶段。

步骤 6：Cisco IOS软件交换代码（快速或CEF）将MAC报头重写到数据包中，以便到达目的地。如果新的MAC报头大于原始报头，Cisco IOS软件会从F/S池中分配一个新粒子，并将其插入粒子链的开头以容纳更大的报头。

3 — 数据包传输阶段：快速交换和CEF

现在，您已成功交换数据包，其MAC报头被重写。数据包传输阶段的工作方式不同，具体取决于Cisco IOS软件是快速交换数据包（快速还是CEF），还是处理交换数据包。以下各节介绍Cisco 7200系列路由器快速和进程交换环境中的数据包传输阶段。

以下步骤描述快速交换环境中的数据包传输阶段：

步骤 7：Cisco IOS软件首先检查接口的输出队列。如果输出队列不为空或接口的传输环已满，Cisco IOS软件会将数据包排入输出队列，并取消接收中断。当另一个进程交换数据包到达时或接口发出传输中断时，数据包最终会被传输。如果输出队列为空，并且传输环有空间，则Cisco IOS软件将继续执行步骤8。

步骤 8::Cisco IOS软件将数据包的每个粒子链接到接口的传输环，并解除接收中断。

步骤 9：接口介质控制器轮询其传输环，并检测要传输的新分组。

步骤 10：接口介质控制器将数据包从其传输环复制到介质，并向CPU发出传输中断。

步骤 11：Cisco IOS软件确认传输中断，并从传输环中释放传输的数据包的所有粒子，并将其返回到其始发粒子池。

步骤 12：如果有任何数据包在接口的输出队列中等待（大概是因为传输环已满），Cisco IOS软件会从队列中删除数据包，并将其粒子或连续缓冲区链接到传输环，以便媒体控制器查看。

步骤 13：Cisco IOS软件会解除传输中断。

4 — 数据包传输阶段：过程交换

以下步骤描述了进程交换环境中的数据包传输阶段：

步骤 14：Cisco IOS软件检查输出队列中下一个数据包的大小，并将其与接口传输环上剩余的空间进行比较。如果传输环上存在足够的空间，Cisco IOS软件会从输出队列中删除数据包，并将其连续的缓冲区（或粒子）链接到传输环。

注意：如果输出队列中存在多个数据包，Cisco IOS软件会尝试排空队列，并将所有数据包放在接口的传输环上。

步骤 15：接口的媒体控制器轮询其传输环，并检测要传输的新分组。

步骤 16：接口介质控制器将数据包从其传输环复制到介质，并向CPU发出传输中断。

步骤 17：Cisco IOS软件确认传输中断并从传输环中释放传输数据包的连续缓冲区（或粒子），并将其返回到其始发池。

¹ “CCIE Professional Development:Inside Cisco IOS Software Architecture”，作者 Vijay Bollapragada、Curtis Murphy 和 Russ White (ISBN 1-57870-181-3)。

相关信息

• Cisco 7200 系列路由器产品支持页
• Cisco 7200奇偶校验错误故障树
• 产品支持页面
• 技术支持 - Cisco Systems