Fehlerbehebung bei FEC auf Catalyst Switches der Serie 9000

Einleitung

In diesem Dokument werden die Grundlagen der Weiterleitungsfehlerkorrektur (Forwarding Error Correction, FEC) und die Validierung der Funktion für die Catalyst Switches der Serie 9000 beschrieben.

Voraussetzungen

Anforderungen

Cisco empfiehlt, dass Sie über Kenntnisse in folgenden Bereichen verfügen: 

• Optische Transceiver
• Catalyst Switches der Serie 9000

Hintergrundinformationen

Was ist FEC?

FEC ist eine Technik, die verwendet wird, um eine bestimmte Anzahl von Fehlern in einem Bitstrom zu erkennen und zu korrigieren, indem redundante Bits und Fehlerüberprüfungscode vor der Übertragung an den Nachrichtenblock angehängt werden. Der Zusatz enthält genügend Informationen über die Daten, damit der empfängerseitige FEC-Decoder die ursprüngliche Nachricht rekonstruieren kann. Der FEC-Decoder kann die fehlerhaft empfangenen Bits erkennen und korrigieren. Anschließend werden die redundanten Bits entfernt, bevor die Nachricht an die oberen Schichten des Netzwerks weitergeleitet wird. Da der FEC-Decoder nur die redundanten Bits zum Erkennen und Korrigieren von Fehlern verwendet, fordert er keine erneute Übertragung des gesamten fehlerhaften Frames an, wodurch Bandbreite eingespart wird, die andernfalls für die erneute Übertragung verwendet würde.

FEC bietet Netzwerken die Möglichkeit, die Datenrate zu erhöhen, ohne dabei eine akzeptable Bitfehlerrate (BER) zu verlieren. Es gibt Kompromisse, da die Verbesserung das Ergebnis ist, dass Overhead in Form von fehlerkorrigierenden Paritätsbits hinzugefügt wird, die einen Teil der verfügbaren Bandbreite beanspruchen. Im Allgemeinen gilt, je höher die Codierverstärkung ist, desto größer ist die Anzahl der Paritätsbits, was die Größe der Codewörter erhöht. FEC-Decoder müssen das vollständige Codewort empfangen, bevor sie darauf reagieren können. Stärkere FEC-Algorithmen bieten höhere Codiergewinne, erfordern jedoch größere Codewörter, und größere Codewörter erhöhen die Latenz.

Warum benötigen Glasfasernetzwerke FEC?

Die zunehmende Beliebtheit von Cloud Computing, Video-Streaming und Social Networking hat den Internetdatenverkehr enorm gesteigert. Um der steigenden Nachfrage nach Bandbreite gerecht zu werden, hat die optische Netzwerkbranche die Datenraten auf 100 Gbit/s und mehr erhöht. Die optische Übertragung ist anfällig für verschiedene Quellen der Signalverschlechterung, darunter chromatische Dispersion, modale Dispersion, Polarisationsmodendispersion und Rauschen.

In der Realität wird die Fähigkeit eines optischen Empfängers, Informationen aufzulösen, durch Rauschen beeinträchtigt. Dadurch kann ein Empfänger nicht alle Bits genau auflösen und Fehler in die Datenübertragung einbringen. Dieses Problem verschärft sich bei höheren Geschwindigkeiten, da die Empfängerfilterbandbreiten erweitert werden müssen, um schnellere Signale zu ermöglichen und Rauschenergie durchlassen zu können. Glücklicherweise kann FEC helfen, dieses Problem zu kompensieren. Das Verfahren kann jedoch nicht alle Fehler unter allen Netzwerkbedingungen beheben. Bei korrekter Konfiguration können Netzbetreiber höhere Übertragungsraten erzielen, ohne die Ziel-BERs zu beeinträchtigen und gleichzeitig kostengünstigere optische Verbindungen zu verwenden.

Catalyst Switches der Serie 9000 unterstützen zwei FEC-Typen:

• FC-FEC 
• RS-FEC

Der Konfigurationswert für FC-FEC ist cl74. RS-FEC verfügt je nach Verbindungsgeschwindigkeit über zwei Konfigurationswerte:

• 25 GB oder 50 GB: cl108
• 100 GB: CL91

Wie wird der FEC-Wert ausgehandelt, und wann wird der FEC benötigt?

FEC ist bei einer Geschwindigkeit von 25 GBs oder höher erforderlich, wenn die Kabellänge länger als 2 Meter ist. Der FEC-Block, der die Codierung und Decodierung durchführt, befindet sich häufig im ASIC des Switches/Routers. In anderen Fällen befindet es sich bei optischen 100-G-Verbindungen im Modul selbst.

FEC ist standardmäßig im Auto-Modus aktiviert. Es können jedoch auch andere FEC-Klauseln für bestimmte Anwendungsprotokolle vorhanden sein, die von der Host-Software unterstützt werden können. Sie können diese je nach Anwendung aktivieren.

Topologie

Topologie 1

Konfiguration und Verifizierung

Konfiguration:

Cat9300X-24Y(config)# interface tw1/1/2
Cat9300X-24Y(config-if)#fec ?
auto    Enable FEC Auto-Neg
cl108   Enable clause108 with 25G
cl74    Enable clause74 with 25G
off     Turn FEC off
  
Cat9300X-24Y(config-if)#fec auto

Überprüfen:

Cat9300X-24Y# show running-config interface tw1/1/2
!
interface TwentyFiveGigE1/1/2
end

Wenn keine FEC-Konfiguration vorliegt, ist FEC auf "auto" gesetzt, oder Sie können den Status der Schnittstelle überprüfen:

Cat9300X-24Y# show interface tw1/1/2
TwentyFiveGigE1/1/2 is up, line protocol is up (connected)
--snip--
  Full-duplex, 25Gb/s, link type is force-up, media type is SFP-25GBase-SR
  Fec is auto              < -- The configured setting for FEC is displayed here
  input flow-control is on, output flow-control is off
  ARP type: ARPA, ARP Timeout 04:00:00 
--snip--

Durch die Inkongruenz der FEC auf beiden Seiten der Verbindung kann die Verbindung zwischen den Geräten unterbrochen werden, auch wenn alles andere gut aussieht.

Beispiel:

Cat9300X-24Y#show running-config interface tw1/1/2
Building configuration...

Current configuration : 47 bytes
!
interface TwentyFiveGigE1/1/2
 fec cl74
end

Cat9300X-24Y#show interface tw1/1/2
TwentyFiveGigE1/1/2 is down, line protocol is down (notconnect)

Cat9300X-48X#show running-config interface tw1/1/6
Building configuration...

Current configuration : 37 bytes
!
interface TwentyFiveGigE1/1/6
end


Cat9300X-48X#show interface tw1/1/6
TwentyFiveGigE1/1/6 is  down, line protocol is down (notconnect)

Cat9300X-24Y#show interfaces transceiver
If device is externally calibrated, only calibrated values are printed.
++ : high alarm, +  : high warning, -  : low warning, -- : low alarm.
NA or N/A: not applicable, Tx: transmit, Rx: receive.
mA: milliamperes, dBm: decibels (milliwatts).

                                             Optical   Optical
             Temperature  Voltage  Current   Tx Power  Rx Power
Port         (Celsius)    (Volts)  (mA)      (dBm)     (dBm)
---------    -----------  -------  --------  --------  --------
Twe1/1/6     37.4       3.29       7.4      -0.4      -4.9

Cat9300X-48X#show interfaces transceiver
If device is externally calibrated, only calibrated values are printed.
++ : high alarm, +  : high warning, -  : low warning, -- : low alarm.
NA or N/A: not applicable, Tx: transmit, Rx: receive.
mA: milliamperes, dBm: decibels (milliwatts).

                                             Optical   Optical
             Temperature  Voltage  Current   Tx Power  Rx Power
Port         (Celsius)    (Volts)  (mA)      (dBm)     (dBm)
---------    -----------  -------  --------  --------  --------
Twe1/1/2     37.8       3.33       7.8      -0.8      -1.2

Sie können sogar bei einem "Receive Good"-Signal sehen, dass der Port auf beiden Seiten inaktiv ist, da die FEC-Konfiguration nicht übereinstimmt. In diesem Fall müssen Sie die FEC-Konfiguration anpassen und entweder "auto" in beiden Fällen oder "cl74" auswählen. Führen Sie bei der Fehlerbehebung von Verbindungsproblemen die folgenden Schritte aus:

1. Kompatibilität des Transceivers mit dem Gerät.
2. Kompatibilität zwischen Transceiver in der gleichen Verbindung.
3. Kompatibilität zwischen dem Transceiver und dem verwendeten Glasfaserkabel
4. Verhandlung zwischen den Standorten.
4.1 Geschwindigkeit
4.2 FEC

FEC hat Vorrang, wenn Geräte angeschlossen werden, die sich voneinander unterscheiden. Die meisten Probleme treten auf, wenn eine Verbindung mit Geräten oder Hostgeräten von Drittanbietern hergestellt wird. Dies können auch UCS- oder Nexus-Geräte sein. Wenn der FEC im Standardmodus belassen wird, müssen beide Geräte die zu verwendende FEC-Einstellung aushandeln. Dies kann ein Problem darstellen. Es ist am besten, die FEC-Einstellungen manuell festzulegen. Sie müssen jedoch auf beiden Seiten der Verbindung übereinstimmen.

Informationen darüber, welche FEC-Einstellungen auf dem Transceiver verwendet werden dürfen, finden Sie in der TMGMatrix.

Anschließend können Sie nach der Transceiver-PID oder dem Gerät filtern:

Klicken Sie auf die CUE-Karte des Transceivers:

Die CUE-Karte zeigt alle Daten an, die Sie auf dem Transceiver kennen müssen, einschließlich der FEC-Einstellung:

Zugehörige Informationen

• FEC-Übersichtstabelle
• Verwechseln Sie Ihre FECs nicht
• Verständnis von FEC und ihrer Implementierung in optische Systeme von Cisco