Routers : Routers Cisco de la serie 12000

Arquitectura de Cisco 12000 Series Internet Router: Entramado de switches

17 Octubre 2016 - Traducción Automática
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Contenido


Introducción

Este documento examina algunos de los componentes del Router de Internet de la serie 12000 de Cisco, a saber, la Placa de interconexiones, el switch fabric, la Tarjeta del reloj programador (CSC), la Tarjeta del switch fabric (SFC), y las Células Cisco.

prerrequisitos

Requisitos

No hay requisitos específicos para este documento.

Componentes Utilizados

La información en este documento se basa en el Cisco 12000 Series Internet Router.

La información que contiene este documento se creó a partir de los dispositivos en un ambiente de laboratorio específico. Todos los dispositivos que se utilizan en este documento se pusieron en funcionamiento con una configuración verificada (predeterminada). Si la red está funcionando, asegúrese de haber comprendido el impacto que puede tener cualquier comando.

Convenciones

Consulte Convenciones de Consejos TécnicosCisco para obtener más información sobre las convenciones del documento.

Placa de interconexiones

Antes de ver el entramado del switch Cisco 12000, veamos la placa de interconexiones.

Los Procesadores de ruta Gigabit (GRP) y las Tarjetas de línea (LC) se instalan desde el frente del chasis y se conectan dentro de una placa de interconexiones pasiva. Esta placa de interconexiones contiene líneas seriales que interconectan todas las tarjetas de línea con las tarjetas de entramado del switch, al igual que otras conexiones para funciones de energía y de mantenimiento. En los modelos 120xx, cada slot del chasis del 2.5 Gbps tiene hasta cuatro conexiones de línea serial del 1.25 Gbps, una a cada uno de los Switch Fabric Cards para proporcionar una capacidad total de 5 Gbps por el duplex del slot o del 2.5 Gbps por completo -. En los modelos 124xx, cada slot del chasis del 10 Gbps utiliza cuatro conjuntos de cuatro conexiones de línea serial, proveyendo de cada slot un Switching Capacity del duplex del 20 Gbps por completo -.

Todos los modelos de tarjetas de línea también poseen una quinta línea serial que puede conectar a una tarjeta del reloj programador (CSC) redundante.

Entramado de switches

Uno de los aspectos más importantes del Router de Internet de la Serie 12000 de Cisco es un entramado de switch con barra cruzada de múltiples gigabits que está optimizado para proporcionar conmutación de alta velocidad de gigabits. El switch de barra cruzada habilita el rendimiento alto por dos motivos:

  • Las conexiones del linecards a una tela centralizada son los enlaces punto a punto que pueden actuar a velocidades muy altas

  • Las transacciones de los múltiples BU se pueden soportar simultáneamente, aumentando el ancho de banda total del sistema. La Tarjeta de estructura del switch (SFC) recibe información sobre la planificación y referencias del reloj desde la Tarjeta planificadora de reloj (CSC) y ejecuta las funciones de conmutación. Puede pensar que SFC es una matriz NxN en la que N es la cantidad de ranuras.

Esta arquitectura permite que el linecards múltiple transmita y reciba los datos simultáneamente. El CSC es responsable de la seleccionar que el linecards transmite y que recibe el linecards los datos durante cualquier ciclo dado de la tela.

El switch fabric ofrece un trayecto físico para el siguiente tráfico:

  • Descargador de la estructura inicial desde el Procesador de ruta (RP) a las tarjetas de línea en el momento de encendido

  • Actualizaciones del Cisco Express Forwarding

  • Estadísticas del linecards

  • Conmutación de tráfico

A continuación se describen estas funciones más detalladamente.

La estructura del switch es una estructura de switch NxN de barras cruzadas sin bloqueo, en la cual N es el número máximo de LC que se admiten en el chasis (este comprende GRP). Esto permite que cada slot envíe y reciba simultáneamente el tráfico sobre la tela. Para tener una arquitectura no bloqueando para permitir que el linecards múltiple envíe al otro linecards simultáneamente, cada LC tiene los Datos en espera de resultado virtual N+1 (VOQ) (uno para cada destino posible de la placa de línea y uno para el Multicast).

Cuando un paquete ingresa en una interfaz, se realiza una búsqueda (puede ser en el hardware o en el software, depende de la LC y de qué características estén configuradas). Las operaciones de búsqueda determinan la salida LC, la interfaz, y la información apropiada de la reescritura del capa de control de acceso de medios (MAC). Antes de que el paquete se envíe a la salida LC a través de la tela, el paquete se taja en las celdas de Cisco. Una petición entonces se hace al planificador de reloj para que el permiso transmita a una celda de Cisco a la salida dada LC. Una célula es transmitida cada ciclo de reloj de entramado por E0 LC y cada cuatro ciclos de reloj de entramado por el e1 y LC más altos. La salida LC después vuelve a montar a estas celdas de Cisco en un paquete, utiliza la información de reescritura MAC enviada con el paquete para realizar la reescritura de la capa MAC, y hace cola el paquete a ser transmitido en la interfaz apropiada.

Recuerde que aun cuando un paquete llega a una interfaz de LC y se supone que se dirige a otra interfaz (o a la misma interfaz en caso de subinterfaces) del mismo LC, se segmenta en células Cisco y se envía por el entramado hacia él mismo.

swfabric1.gif

Tarjeta del reloj programador (CSC)

CSC acepta las solicitudes de transmisión desde las tarjetas de línea, otorga permisos para acceder a los recursos físicos y proporciona un reloj de referencia para todas las tarjetas en el sistema a fin de sincronizar la transferencia de datos a través de la barra cruzada. Sólo una CSC está activa en cualquier momento.

Sólo si existe una segunda CSC (redundante) instalada en el sistema, se puede eliminar y reemplazar la CSC, sin desorganizar las operaciones normales del sistema. Debe haber un CSC presente y operativo en todo momento a fin de mantener el normal funcionamiento del sistema. Un segundo CSC proporciona el trayecto de datos, el planificador de trabajos, y la Redundancia del reloj de referencia. Las interfaces entre las tarjetas de línea y el switch fabric están siendo supervisadas todos el tiempo. Si el sistema detecta una Pérdida de sincronización (LoS), activa de manera automática los trayectos de datos de la CSC redundante y los datos fluyen por el trayecto redundante. El Switch al CSC redundante ocurre generalmente en la orden de los segundos (el tiempo real del Switch depende de su configuración y de su escala), mientras tanto puede haber una pérdida de datos en alguno/todos los LC.

Tarjeta de entramado de switches (SFC)

En el Cisco 12008, 12012, y 12016, un conjunto opcional de tres SFC puede ser instalado en el router en cualquier momento para proporcionar capacidad adicional de switch fabric para el router. Esta configuración se denomina ancho de banda completa. Las tarjetas SFC incrementan la capacidad de manejo de datos del router. Cualquiera de los SFC o todos ellos pueden eliminarse y reemplazarse en cualquier momento sin interrumpir las operaciones del sistema y sin apagar el router. Durante los intervalos de tiempo en que SFC no funciona, se pierde su capacidad transporte de datos para el router como un trayecto de datos potencial para las funciones de conmutación y de gestión de datos del router.

Redundancia y ancho de banda

La tarjeta de estructura de switches (SFC) y la tarjeta del programador de reloj (CSC) proporcionan la estructura física de los switches para el sistema, así como la temporización para las celdas de Cisco que transportan paquetes de datos y control entre las tarjetas de línea y los procesadores de ruta.

En los 12008, los 12012, y los 12016, usted debe tener por lo menos un indicador luminoso LED amarillo de la placa muestra gravedad menor del CSC para que el router se ejecute. Teniendo solamente un indicador luminoso LED amarillo de la placa muestra gravedad menor del CSC y ningunos indicadores luminosos LED amarillo de la placa muestra gravedad menor SFC se llama ancho de banda cuater, y trabaja solamente con el linecards del motor 0. Si el otro linecards está en el sistema, serán apagados automáticamente. Si usted requiere el linecards con excepción del motor 0, el ancho de banda completa (tres SFC y un CSC) se debe instalar en el router. Si se requiere la Redundancia, un segundo CSC es necesario. Esta CSC redundante sólo funciona si la CSC o una SFC no funcionan. La tarjeta CSC redundante puede funcionar como CSC o SFC.

12416, 12406, 12410 y 12404 requieren ancho de banda completo.

Otros detalles importantes sobre la Redundancia y el ancho de banda del Switch Fabric son:

  • Todos los routers de la serie 12000 tienen un máximo de tres SFC y dos CSC, excepto en la serie 12410 que tiene cinco SFC dedicados y dos CSC dedicados, y la 12404 que tiene una placa que contiene todas las funcionalidades CSC/SFC. No hay redundancia para el 12404.

  • En los routers 12008, 12012, 12016, 12406 y 12416, las tarjetas CSC también funcionan como tarjetas de estructura de switch. Por este motivo, para obtener una configuración redundante de ancho de banda completo, sólo necesita tres SCF y dos CSC. En el 12410, hay tarjetas de switch fabric y tarjetas de reloj y programación dedicadas. Para lograr una configuración redundante de ancho de banda necesita dos CSC y cinco SFC.

  • Las configuraciones de cuarto de ancho de banda sólo pueden utilizarse en 12008, 12012 y 12016, si sólo posee LC Engine 0 en el chasis. El CSC192 y el SFC192, que reside en el chasis serie 12400, no admite configuraciones de ancho de banda de un cuarto.

A continuación se presentan algunos links interesantes relacionados con el switch fabric para todas las plataformas:

Router de Internet de Cisco 12008

El CSCs está instalado en la caja receptáculo de la placa superior y los SFC están instalados en la caja receptáculo de la placa más baja que está situada directamente detrás del ensamblaje del filtro de aire (véase el cuadro 1-22: Componentes en la caja receptáculo de la placa más baja bajo documentación de la descripción general del producto).

La siguiente documentación ofrece más detalles:

Cisco 12012 Internet Router

El CSCs y los SFC están instalados en la caja receptáculo de la placa del cinco slot más bajo. Vea Vista frontal y Caja de tarjeta inferior.

La siguiente documentación ofrece más detalles:

Cisco 12016/12416 Internet Router

Actualmente, hay dos opciones de switch fabric disponibles para Cisco 12016:

  • Estructura del switch 2.5 Gbps (80 Gbps de ancho de banda del sistema de conmutación) - Esto consiste en un conjunto de estructuras GSR16/80-SFC y GSR16/80-CSC. Cada tarjeta SFC o CSC proporciona una conexión de dúplex completo de 2.5 Gbps a cada tarjeta de línea en el sistema. Para un Cisco 12016 con 16 tarjetas de línea, cada uno con capacidad de 2 x 2.5 Gbps (dúplex completo), el ancho de banda de conmutación del sistema es 16 x 5 Gbps = 80 Gbps. (El switch fabric anterior a veces se denomina switch fabric de 80 Gbps).

  • El Switch Fabric del 10 Gbps (ancho de banda de sistema de transferencia del 320 Gbps) - esto consiste en el GSR16/320-CSC y el conjunto de la tela GSR16/320-SFC. Cada indicador luminoso LED amarillo de la placa muestra gravedad menor SFC o del CSC proporciona una conexión de dúplex completo del 10 Gbps a cada linecard en el sistema. Para un Cisco 12016 con 16 linecards, cada uno con la capacidad del 10 Gbps 2 x (por completo - duplex), el ancho de banda del Switching del sistema es 16 20 Gbps = 320 Gbps x. (El switch fabric más reciente es frecuentemente conocido como el switch fabric 320 Gbps)

Cuando el router 12016 de Cisco contiene la estructura de conmutación de 320 Gbps, se lo denomina Router de Internet 12416 de Cisco.

Las CSC y las SFC se instalan en la caja de la tarjeta de estructura de switches de cinco ranuras.

Vea los siguientes documentos para más detalles:

Router de Internet Cisco 12404

El Cisco 12404 tiene una tarjeta llamada el Switch Fabric consolidado (CFS) que proporciona las interconexiones sincronizadas de la velocidad para el linecards y el RP. El circuito CSF está contenido en una tarjeta y consiste en un planificador de reloj y en una funcionalidad de switch fabric. El indicador luminoso LED amarillo de la placa muestra gravedad menor CFS se contiene en el slot inferior etiquetado ALARMA de la TELA en el chasis del Cisco 12404 Internet Router.

Para más detalles, vea:

Cisco 12410 Internet Router

El switch fabric para Cisco 12410 consiste en dos tarjetas de reloj programador (CSC) y cinco tarjetas de switch fabric (SFC) instaladas en la caja de tarjeta de alarma y switch fabric. Un CSC y cuatro SFC se requieren para un Switch Fabric activo; el segundo CSC y el quinto SFC proporcionan la Redundancia. Las dos placas de alarma que también están situadas en la jaula del Switch Fabric y de las placas de alarma no son parte del Switch Fabric.

A diferencia de otros sistemas en la serie 12000 de Cisco, Cisco 12410 admite sólo la última estructura de switches de 10 Gbps. Cada indicador luminoso LED amarillo de la placa muestra gravedad menor SFC o del CSC proporciona una conexión de dúplex completo del 10 Gbps a cada linecard en el sistema. De esta manera, para un Cisco 12410 con 10 tarjetas de línea, cada uno con capacidad de 2 x 10 Gbps (dúplex completo), el ancho de banda del sistema de conmutación es 10 x 20 Gbps = 200 Gbps.

Vea los siguientes documentos para más detalles:

Cisco 12416 Internet Router

Vea el router de Internet Cisco 12016.

Consejo de diagnóstico y solución de averías para las tarjetas de entramado de switches

No es fácil insertar las tarjetas de switch fabric en 12016 y 12416; puede requerir un poco de fuerza. Si alguna de las CSC no está colocada correctamente, puede aparecer este mensaje de error:

%MBUS-0-NOCSC: Must have at least 1 CSC card in slot 16 or 17 
%MBUS-0-FABINIT: Failed to initialize switch fabric infrastructure

También puede obtener este mensaje de error si hay suficientes CSC y SFC asentados para configuraciones cuartas de la anchura de banda. En este caso, ninguno del e1 o LC más altos iniciará.

Una manera certera de comprobar que las tarjetas están ubicadas correctamente, es verificar que en el CSC/SFC se vean cuatro luces encendidas. Si éste no es el caso, entonces la tarjeta no está correctamente asentada.

Al afrontar problemas relacionados con recursos físicos y LC que no se inician, es importante verificar si todas las CDS y las SFC están debidamente colocadas y encendidas. Por ejemplo, en un 12016 se necesitan tres SFC y dos CSC para obtener un sistema redundante de ancho de banda completo. Se necesitan tres SFC y sólo una CSC para obtener un sistema no redundante de ancho de banda completo.

El resultado de los comandos show version y show controller fia indica qué configuración de hardware se está ejecutando en la casilla.

Thunder#show version 
Cisco Internetwork Operating System Software 
IOS (tm) GS Software (GSR-P-M), Experimental Version 12.0(20010505:112551) 
[tmcclure-15S2plus-FT 118] 
Copyright (c) 1986-2001 by cisco Systems, Inc. 
Compiled Mon 14-May-01 19:25 by tmcclure 
Image text-base: 0x60010950, data-base: 0x61BE6000

ROM: System Bootstrap, Version 11.2(17)GS2, [htseng 180] EARLY DEPLOYMENT 
RELEASE SOFTWARE (fc1) 
BOOTFLASH: GS Software (GSR-BOOT-M), Version 12.0(15.6)S, EARLY DEPLOYMENT 
MAINTENANCE INTERIM SOFTWARE

Thunder uptime is 17 hours, 53 minutes 
System returned to ROM by reload at 23:59:40 MET Mon Jul 2 2001 
System restarted at 00:01:30 MET Tue Jul 3 2001 
System image file is "tftp://172.17.247.195/gsr-p-mz.15S2plus-FT-14-May-2001"

cisco 12012/GRP (R5000) processor (revision 0x01) with 262144K bytes of memory. 
R5000 CPU at 200Mhz, Implementation 35, Rev 2.1, 512KB L2 Cache 
Last reset from power-on

2 Route Processor Cards 
1 Clock Scheduler Card 
3 Switch Fabric Cards 
1 8-port OC3 POS controller (8 POs). 
1 OC12 POs controller (1 POs). 
1 OC48 POs E.D. controller (1 POs). 
7 OC48 POs controllers (7 POs). 
1 Ethernet/IEEE 802.3 interface(s) 
17 Packet over SONET network interface(s) 
507K bytes of non-volatile configuration memory.

20480K bytes of Flash PCMCIA card at slot 0 (Sector size 128K). 
8192K bytes of Flash internal SIMM (Sector size 256K).

Thunder#show controller fia 
Fabric configuration: Full bandwidth nonredundant 
Master Scheduler: Slot 17

Para obtener información más detallada, recomendamos que consulte Cómo leer el resultado del comando show controller fia.

Diseño de entramado de switches

El diseño de la tela del 12000 Switch incluye los enfoques innovadores dando por resultado un sistema muy eficiente. El Switch Fabric utiliza a los componentes cruciales siguientes para proporcionar una clase y un diseño escalable muy eficientes del portador:

  • Colas de salida virtual por tarjeta de línea para eliminar el encabezado de bloqueo de línea.

  • Un algoritmo de programación eficiente en lugar del enfoque tradicional del ordenamiento cíclico para mejorar la eficiencia de fibra.

  • Replicación basado en hardware para el tráfico Multicast; admite un cumplimiento parcial para otorgar una plataforma altamente eficiente para el tráfico de multidifusión.

  • Cañería para mejorar el funcionamiento del Switch Fabric.

Colas de salida virtual

La cabecera de bloqueo de línea (HoLB) es un problema que ocurre en cualquier sistema donde existe congestión en el puerto de salida (consulte la figura a continuación). HoLB ocurre cuando varios paquetes que tienen varios destinos comparten una cola. Los paquetes destinados a una ubicación específica deben esperar hasta que todos los paquetes que están más adelante en dicha ubicación sean procesados antes de que sean pasados por el entramado de switches. Un ejemplo de esta situación es la fusión de muchas vías principales de línea múltiple en una vía principal de línea única. El mejor modo de resolver esto es hacer que varias autopistas de líneas múltiples se fusionen en una autopista de líneas múltiples.

/image/gif/paws/47240/swfabric2.gif

El Router de Internet de la Series Cisco 12000 usa una única implementación de cola múltiple para eliminar el Bloqueo en la línea de cabecera. A medida que los paquetes llegan a la tarjeta de línea, se organizan dentro de una de las varias colas de salida clasificados por ranura, puerto y Clase de servicio (CoS). Estas colas son llamadas colas de salida virtuales (VOQs).

/image/gif/paws/47240/swfabric3.gif

En la figura arriba, la cola de salida virtual (a) representa el linecard A, VOQ B representa el linecard B, y así sucesivamente. Cada paquete se clasifica y coloca en el VOQ apropiado. La clasificación y la colocación en el VOQ se basan en la información de reenvío contenida en el tabla de Cisco Express Forwarding (CEF).

La siguiente figura muestra cómo el enfoque VOQ evita el problema de HoLB. Como lo indica la figura, la ubicación del paquete minimiza el problema de HoLB. Incluso si una serie de paquetes se está enviando a un linecard, los otros paquetes en los diversos VOQ se pueden enviar a través del Switching Fabric, evitando el problema clásico de HoLB.

/image/gif/paws/47240/swfabric4.gif

Planificación

La SFC/CSC tiene un algoritmo de programación incluido. El algoritmo de planificación, desarrollado en conjunto por Cisco Systems y la Universidad de Stanford, recibe hasta 13 solicitudes de entrada para el Cisco 12008 y el Cisco 12012 (12 ranuras y 1 multidifusión) y 17 solicitudes de entradas para el Cisco 12016 (16 ranuras y 1 multidifusión). Todas las solicitudes se completan durante un intervalo de reloj determinado. El algoritmo calcula la mejor coincidencia de entrada a salida disponible en ese intervalo. Este algoritmo de alta velocidad, junto con la innovación VOQ, permite que el switch fabric alcance elevados niveles de eficacia de conmutación. Esto significa que el rendimiento del switch fabric puede alcanzar hasta un 99 por ciento del máximo teórico, en comparación con el 53 por ciento obtenido por diseños anteriores de switch fabric (datos basados en investigaciones realizadas en la Universidad de Stanford).

Soporte de multidifusión

Los recursos físicos de conmutación se diseñan también para aplicaciones de próxima generación, las cuales utilizan IP multidifusión. La estructura de conmutación supera los problemas tradicionales asociados con la multidifusión IP mediante:

  • Utilización de hardware especial que realiza una réplica intensiva de paquetes IP con base distribuida (en los recursos físicos y la tarjeta de línea)

  • Uso exclusivo de colas separadas (VOQ) para tráfico de multidifusión, de manera que no afecte al tráfico de unidifusión

  • Hacer posible la creación de segmentos parciales de multidifusión

Una interfaz puede enviar ambas peticiones de la multidifusión y unidifusión al Switch Fabric. Cuando se envía un pedido de multidifusión, especifica todos los destinos para los datos y la prioridad de la petición. El CSC maneja las peticiones de la multidifusión y unidifusión juntas, dando la precedencia a la petición más prioritaria, si unicast o Multicast.

Cuando se recibe un pedido de multidifusión, una petición se envía a la placa planificadora de reloj. Una concesión se recibe una vez del CSC, el paquete entonces se remite al Switch Fabric. El Switch Fabric hace las copias del paquete y envía las copias a todo el linecards del destino simultáneamente (durante el mismo ciclo de reloj de la célula). Cada linecard de recepción hace las copias adicionales del paquete si debe ser enviado a varios puertos.

Para reducir el bloqueo, los recursos físicos de conmutación admiten la asignación parcial para transmisiones multidifusión. Esto significa que los recursos físicos de switching realizan la operación de multidifusión para todas las tarjetas disponibles. Si una tarjeta de destino está recibiendo un paquete de otro origen, el proceso de multidifusión continúa en ciclos de distribución posteriores.

Estas nuevas mejoras eliminan los obstáculos de desperdicio de ancho de banda inherentes a los recursos físicos de conmutación de barra cruzada de primera generación, y permite a Cisco Systems ofrecer recursos físicos de conmutación con un alto nivel de eficacia de conmutación sin sacrificar la confiabilidad.

Canalización

El switching fabric soporta la operación de dúplex completo, complementada por técnicas de líneas avanzadas. La cañería permite que el Switch Fabric comience a afectar un aparato los recursos del Switch para los ciclos futuros antes de que haya completado la transición transmisión de datos para los ciclos anteriores. Al eliminar el tiempo muerto (ciclos de reloj desperdiciados) el asistente de conductos mejora la eficacia general de la estructura del switch. El canalizar habilita el rendimiento alto en el Switching Fabric, permitiendo que alcance su máximo hipotético de la producción.

Células Cisco

La unidad de transferencia a través del Crossbar Switch Fabric es siempre paquetes de tamaño fijo, también designados las celdas de Cisco, que son más fáciles de programar que los paquetes del variable-tamaño. Los paquetes están rotos en las células antes de ser colocada en la tela, y vueltos a montar por el LC saliente antes de que se transmitan. Las celdas de Cisco son de 64 bytes de largo, con cabezal de 8 bytes, una carga útil de 48 bytes y una verificación de redundancia cíclica (CRC) de 8 bytes.


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