Catalyst 9000スイッチでのFECのトラブルシューティング

はじめに

このドキュメントでは、Forwarding Error Correction（FEC；転送エラー訂正）の基本と、Catalyst 9000ファミリスイッチの機能を検証する方法について説明します。

前提条件

要件

次の項目に関する知識があることが推奨されます。 

• Catalyst 9000シリーズスイッチ
• 光トランシーバ

背景説明

FECとは

FECは、送信前に冗長ビットとエラーチェックコードをメッセージブロックに付加することで、ビットストリーム内の特定の数のエラーを検出して修正するために使用される技術です。この追加には、受信側のFECデコーダが元のメッセージを再構築できるようにするために、実際のデータに関する十分な情報が含まれています。FECデコーダは、エラーで受信されたビットを識別して訂正できます。次に、冗長ビットを削除してから、メッセージをネットワークの上位層に渡します。FECデコーダは冗長ビットだけを使用してエラーを検出して修正するため、エラーのあるフレーム全体の再送信を要求しないため、再送信に使用されるはずの帯域幅を節約できます。
FECは、ネットワークが許容ビットエラーレート(BER)を維持しながらデータレートを増加させる方法を提供します。 ただし、トレードオフがあります。この改善は、使用可能な帯域幅の一部を消費するエラー訂正パリティビットの形でオーバーヘッドを追加した結果です。一般に、符号化ゲインが高いほど、パリティビットの数が多くなり、コードワードのサイズが大きくなります。FECデコーダは、コードワードに対する処理を行う前に、完全なコードワードを受け取る必要があります。より強力なFECアルゴリズムはより高い符号化ゲインを提供しますが、より大きなコードワードを必要とし、コードワードが大きいほど遅延が増加します。

光ファイバネットワークでFECが必要な理由は何ですか。

クラウドコンピューティング、ストリーミングビデオ、およびソーシャルネットワーキングの人気の高まりにより、インターネットトラフィックが大幅に増加しました。急増する帯域幅需要に対応するため、光ネットワーキング業界はデータレートを100 Gbps以上に押し上げています。光伝送は、波長分散、モード分散、偏波モード分散、ノイズなど、さまざまな信号劣化の原因に対して脆弱です。

現実の世界では、ノイズの存在は光受信器の情報を解決する能力に影響します。その結果、受信側はすべてのビットを正確に解決できず、データ伝送にエラーが発生します。より高速な信号を受け入れるにはレシーバフィルタの帯域幅を広げる必要があり、その結果、より多くのノイズエネルギーが通過できるようになるため、この問題はより高速になると悪化します。幸いなことに、FECはこの問題の補償に役立ちます。この手法では、すべてのネットワーク状態ですべてのエラーを訂正することはできませんが、適切に指定すれば、安価な光ファイバを使用しながら、目標とするビットエラー比(BER)を維持しながら、ネットワークオペレータがより高い伝送レートで運用できるようになります。

Catalyst 9000シリーズスイッチでは、次の2種類のFECがサポートされています。

FC-FEC 

RS-FEC

FC-FECの設定値はcl74

RS-FECには、リンクの速度に応じて2つの設定値があります。

25 GBまたは50 GB:cl108

100 GB:cl91

FEC値のネゴシエーション方法とFECが必要な状況

ケーブル長が2 mを超える場合は、25 GB以上の速度でFECが必要です。
符号化と復号化を実行するFECブロックは、多くの場合、スイッチ/ルータのASICにあります。その他の場合、たとえば特定の100G光ファイバの場合は、モジュール自体に内蔵されています。
FECはデフォルトでautoモードで有効になっていますが、ホストソフトウェアでサポートできる特定のアプリケーションプロトコル用に他のFEC句が存在する場合もあります。ユーザは、特定のアプリケーションに応じて、これらを有効にすることを決定できます。

トポロジ

トポロジ 1

設定と検証

設定：

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

検証：

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

FECが設定されていない場合は、FECがautoに設定されているか、またはインターフェイスのステータスをチェックできることを示しています

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--

リンクの両側でFECのミスマッチがあると、他に問題がなくてもデバイス間の接続が切断される可能性があります。

例：

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

良好な受信信号を受信しても、FEC設定が一致しないため、両側でポートがダウンしていることがわかります。この場合、FEC設定を一致させる必要があります。一致させるには、両方で「auto」を選択するか、「cl74」を選択します。

リンクの問題のトラブルシューティングを行う際は、次の手順を実行します。

1. トランシーバとデバイスの互換性
2. 同一リンク内のトランシーバ間の互換性
（三）トランシーバと使用中の光ファイバケーブルとの互換性
4. サイト間のネゴシエーション
4.1.速度
4.2.FEC

異なるデバイスを接続する場合は、FECの重要性が増します。サードパーティの機器やホストデバイスに接続した場合、UCSやNexusデバイスなど、ほとんどの問題が発生します。

FECをデフォルトモードのままにしておくと、両方のデバイスで使用するFEC設定をネゴシエートする必要があり、これが問題になる可能性があります。FEC設定を手動で設定する方が良いですが、リンクの両側で一致させる必要があります。

どのFEC設定がトランシーバで許可されているかを確認するには、TMGMatrix:

https://tmgmatrix.cisco.com/

そこで、トランシーバPIDまたはデバイスでフィルタリングします。

次に、トランシーバのCUEカードをクリックします。

CUEカードは、FEC設定を含め、トランシーバに関して知る必要があるすべてのデータを表示します。

関連情報

• FEC要約テーブル
• FECを混同しないでください
• FECとCisco OpticsでのFECの実装について