ASR102-軟件架構(gòu)詳解

1、ASR1000系列培訓(xùn)-102IOS XE軟件架構(gòu)Page:2IOS-XE-Cisco針對(duì)下一代企業(yè)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施的核心操作系統(tǒng)(IOS XE中間件結(jié)構(gòu)及平臺(tái)抽象層）IOS XE 平臺(tái)抽象層IOS使得IOS可以運(yùn)行在MIPS、ARM、Intel X86等多種控制平臺(tái)上， 中間件結(jié)構(gòu)使轉(zhuǎn)發(fā)平面可以選擇多種功能的芯片平臺(tái)抽象層可以使得新平臺(tái)的開(kāi)發(fā)速度加快并保證全系列產(chǎn)品功能和行為一致操作一致性： 用戶使用IOS-XE和傳統(tǒng)的IOS平臺(tái)沒(méi)有區(qū)別， 用戶接口完全一致ASR1000 IOS XE硬件轉(zhuǎn)發(fā)使用QFPIOS XE 平臺(tái)抽象層IOSCAT4500/3850 IOS XE硬件轉(zhuǎn)發(fā)使用交換芯片IOS

2、XE 平臺(tái)抽象層IOSISR4400系列 IOS XE硬件轉(zhuǎn)發(fā)使用商用網(wǎng)絡(luò)處理器IOS XE 平臺(tái)抽象層IOSCSR1000V IOS XEIntel X86和虛擬化技術(shù)Page:3IOS-XE分布式控制架構(gòu)(每塊板卡都有獨(dú)立的控制CPU）IOS XE = IOS + IOS XE中間件 + 分布式的平臺(tái)控制軟件操作一致性： 用戶使用IOS-XE和傳統(tǒng)的IOS平臺(tái)沒(méi)有區(qū)別， 用戶接口完全一致Linux內(nèi)核則提供一個(gè)多線程的處理能力，并為軟件失效、進(jìn)程重啟、在線升級(jí)和模塊化操作系統(tǒng)架構(gòu)提供支持為單引擎平臺(tái)提供了一個(gè)虛擬化的備用引擎，提高了可靠性。分布式控制系統(tǒng)可以使得RP倒換零丟包，ESP倒換小

3、于50ms中斷提供一個(gè)IOS XE的平臺(tái)抽象層（PAL）來(lái)使得IOS XE軟件能夠更加靈活的運(yùn)用在Cisco多個(gè)平臺(tái)上Enhanced Services ProcessorRoute ProcessorSPA Interface ProcessorKernelKernelChassis ManagerForwardingManagerSPADriverIOS 12.2SR (Active)IOS XE “Middleware”IOS 12.2SR (Standby)CONTROL MESSAGINGSPADriverSPADriverSPADriverChassis ManagerKernel

4、QFPClient/DriverChassis ManagerForwardingManagerInterface ManagerIOS XE 軟件模塊詳解Page:5FPSIPRPQFP SubSystem QFP CodeCrypto AssistChassis Mgr.Kernel (Including Utilities)SPA DriverSPA DriverSPA DriverSPA DriverIOPCSPASPASPAAgg.Chassis Mgr.Forwarding Mgr.QFP Client/Driver Kernel (Including Utilities)FECP

5、Chassis Mgr.Forwarding Mgr.Interface Mgr.IOSKernel (incl. utilities)Kernel (Including Utilities)SSL/SSHInterconn.Interconn.Interconn.1324576Interconn.1. RPBase: RP運(yùn)行的Linux操作系統(tǒng)組件， 該操作系統(tǒng)升級(jí)時(shí)需要重啟整個(gè)RP2. RPIOS: IOS系統(tǒng)，用于運(yùn)行OSPF等路由協(xié)議和控制協(xié)議以及命令行接口（CLI）等3. RPAccess (K9 and non-K9): 用于訪問(wèn)RP， 有兩種版本K9支持SSH和SSL，non-

6、K9不支持 某些國(guó)家有出口限制，因此設(shè)計(jì)了兩種版本4. RPControl: IOS XE的中間件結(jié)構(gòu)，包含機(jī)箱管理（Chassis Mgr,CMAN） 接口管理（Interface Mgr,IMAN)和轉(zhuǎn)發(fā)引擎管理（Forwarding Mgr，F(xiàn)MAN-RP）5. ESPBase: 包含ESP控制的Linux操作系統(tǒng)以及控制進(jìn)程（FMAN-FP）和QFP處理器的客戶端 接口和驅(qū)動(dòng)程序及微碼等組件6. SIPBase: SIP卡上負(fù)責(zé)IO控制的處理器的操作系統(tǒng)和控制進(jìn)程等7. SIPSPA: SPA卡的驅(qū)動(dòng)以及FPD（SPA FPGA軟件）等IOS-XE模塊化操作系統(tǒng)組件IOS-XE由如下七

7、個(gè)組件構(gòu)成Interface Mgr.控制CPU運(yùn)行在一個(gè)Linux內(nèi)核的操作系統(tǒng)控制CPU包含RP卡上的路由處理器, ESP上的轉(zhuǎn)發(fā)控制處理器(FECP)以及SIP線卡上的IO控制處理器(IOCP)用于進(jìn)程調(diào)度/內(nèi)存管理/中斷等處理IOS及IOS XE中間件結(jié)構(gòu)的程序運(yùn)行容器使用Linux可以使得控制平面在多種控制CPU上運(yùn)行.Linux同時(shí)包含了一些底層的應(yīng)用程序例如允許串口控制口(Console)接入進(jìn)行排錯(cuò)等處理的軟件和一些SNTP/OBFL(onboard Failure Logging)等進(jìn)程提供和系統(tǒng)的其它板卡之間的IPC通信鏈路(使用EOBC總線)不同進(jìn)程之間的優(yōu)先級(jí)調(diào)度RP

8、Linux內(nèi)核上還提供了虛擬化技術(shù)用于運(yùn)行第二個(gè)IOS系統(tǒng)或者NPS等虛擬化主機(jī)FPSIPRPQFP Subsystem CPP CodeCrypto AssistChassis Mgr.Kernel (Including Utilities)SPA DriverSPA DriverSPA DriverSPA DriverIOPCSPASPASPAAgg.Chassis Mgr.Forwarding Mgr.QFP Client/Driver Kernel (Including Utilities)FECPChassis Mgr.Forwarding Mgr.Interface Mgr.IOS

9、Kernel (incl. utilities)Kernel (Including Utilities)SSL/SSHInterconn.Interconn.Interconn.Interconn.Interface Mgr.Kernel (Including Utilities)Kernel (Including Utilities)Kernel (Including Utilities)IOS-XE操作系統(tǒng)模塊詳解- KernelLinux Kernel Virtualization將IOS作為一個(gè)進(jìn)程運(yùn)行在Linux內(nèi)核上和其它IOS XE軟件組件使用IPC進(jìn)行通信運(yùn)行控制平面的所有軟件

10、特性命令行控制接口, 保持控制接口操作習(xí)慣和原IOS一致SNMP管理路由協(xié)議支持和路由計(jì)算接口管理會(huì)話管理對(duì)ASR1001/ASR1002-X/ASR1004提供軟件冗余支持FPSIPRPQFP Subsystem CPP CodeCrypto AssistChassis Mgr.Kernel (Including Utilities)SPA DriverSPA DriverSPA DriverSPA DriverIOPCSPASPASPAAgg.Chassis Mgr.Forwarding Mgr.QFP Client/Driver Kernel (Including Utilities)F

11、ECPChassis Mgr.Forwarding Mgr.Interface Mgr.IOSKernel (incl. utilities)Kernel (Including Utilities)SSL/SSHInterconn.Interconn.Interconn.Interconn.Interface Mgr.Kernel (Including Utilities)IOS-XE操作系統(tǒng)模塊詳解- IOSIOSIOS XE(Linux Kernel)IOSActiveIOSStandby機(jī)箱管理程序是一個(gè)分布式的控制程序路由控制器上的CM和ESP/SIP上的互聯(lián)通信初始化硬件組件和引導(dǎo)其

12、它進(jìn)程例如, SIP卡上的CM可以檢測(cè)SPA的型號(hào)并加載不同的SPA驅(qū)動(dòng)管理硬件組件負(fù)責(zé)這些系統(tǒng)的基本功能管理RP上為多個(gè)Linux互聯(lián)IPC通信所使用的EOBC總線交換機(jī)管理RP/ESP/SIP互聯(lián)的數(shù)據(jù)ESI總線管理RP上的時(shí)鐘電路控制RP/ESP/SIP進(jìn)行重啟(Reset)或斷電(Power-down)檢測(cè)熱插拔(同時(shí)在RP/ESP/SIP)上進(jìn)行檢測(cè)然后進(jìn)行軟件下載到各個(gè)板卡進(jìn)行硬件組建的引導(dǎo)過(guò)程和IOS通信并使得IOS可以識(shí)別到硬件組件的變化檢測(cè)環(huán)境溫度/電壓等并產(chǎn)生響應(yīng)的告警在啟動(dòng)時(shí)進(jìn)行RP/ESP的主備(Active/Standby)選擇FPSIPRPQFP Subsystem

13、 CPP CodeCrypto AssistChassis Mgr.Kernel (Including Utilities)SPA DriverSPA DriverSPA DriverSPA DriverIOPCSPASPASPAAgg.Chassis Mgr.Forwarding Mgr.QFP Client/Driver Kernel (Including Utilities)FECPChassis Mgr.Forwarding Mgr.Interface Mgr.IOSKernel (incl. utilities)Kernel (Including Utilities)SSL/SSHI

14、nterconn.Interconn.Interconn.Interconn.Interface Mgr.IOS-XE操作系統(tǒng)模塊詳解- 機(jī)箱管理(Chassis Mgr,CM)Chassis Mgr.Chassis Mgr.Chassis Mgr.IM分為兩個(gè)組件, RPim 和SIPim 并進(jìn)行分布式的接口狀態(tài)管理負(fù)責(zé)將接口狀態(tài)信息傳遞FPSIPRPQFP Subsystem CPP CodeCrypto AssistChassis Mgr.Kernel (Including Utilities)SPA DriverSPA DriverSPA DriverSPA DriverIOPCSPA

15、SPASPAAgg.Chassis Mgr.Forwarding Mgr.QFP Client/Driver Kernel (Including Utilities)FECPChassis Mgr.Forwarding Mgr.Interface Mgr.IOSKernel (incl. utilities)Kernel (Including Utilities)SSL/SSHInterconn.Interconn.Interconn.Interconn.Interface Mgr.IOS-XE操作系統(tǒng)模塊詳解- 接口管理(Interface Mgr,IM)Interface Mgr.Inte

16、rface Mgr.FM分為兩個(gè)組件, RPfm 和ESPfm 并進(jìn)行分布式的轉(zhuǎn)發(fā)管理將控制平面的操作傳遞給轉(zhuǎn)發(fā)引擎ESP從RP IOS導(dǎo)出轉(zhuǎn)發(fā)信息(CEF/ACL/NAT.)并傳遞到ESP管理一份獨(dú)自的轉(zhuǎn)發(fā)狀態(tài)表拷貝用于降低故障倒換時(shí)間間隔將狀態(tài)信息傳遞回RP例如統(tǒng)計(jì)信息主用RP的FM同時(shí)管理主備ESP的FM用于實(shí)現(xiàn)NSF等操作后, 重啟批量同步轉(zhuǎn)發(fā)表的功能FPSIPRPQFP Subsystem CPP CodeCrypto AssistChassis Mgr.Kernel (Including Utilities)SPA DriverSPA DriverSPA DriverSPA Dri

17、verIOPCSPASPASPAAgg.Chassis Mgr.Forwarding Mgr.QFP Client/Driver Kernel (Including Utilities)FECPChassis Mgr.Forwarding Mgr.Interface Mgr.IOSKernel (incl. utilities)Kernel (Including Utilities)SSL/SSHInterconn.Interconn.Interconn.Interconn.Interface Mgr.IOS-XE操作系統(tǒng)模塊詳解- 轉(zhuǎn)發(fā)管理(Forwarding Mgr,FM)Forward

18、ing Mgr.Forwarding Mgr.QFP Client用于分配和管理QFP上的資源(數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)/內(nèi)存/層次化調(diào)度)接收來(lái)自IOS的各種處理需求故障后重新初始化QFP處理器和內(nèi)存QFP Driver提供對(duì)QFP寄存器等進(jìn)行底層的控制提供QFP Client和QFP處理器之間的IPC通信QFP微碼(code)在數(shù)百個(gè)報(bào)文處理微內(nèi)核(PPEs)上實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)平面提供靈活的流水線調(diào)度隊(duì)列FPSIPRPQFP Subsystem CPP CodeCrypto AssistChassis Mgr.Kernel (Including Utilities)SPA DriverSPA DriverSP

19、A DriverSPA DriverIOPCSPASPASPAAgg.Chassis Mgr.Forwarding Mgr.QFP Client/Driver Kernel (Including Utilities)FECPChassis Mgr.Forwarding Mgr.Interface Mgr.IOSKernel (incl. utilities)Kernel (Including Utilities)SSL/SSHInterconn.Interconn.Interconn.Interconn.Interface Mgr.IOS-XE操作系統(tǒng)模塊詳解- QFP Client/Driv

20、er & QFPcodeCPP CodeQFP Client/Driver Page:12QFP FIA(靈活的流水線架構(gòu))QoS MarkDataDeep Packet InspectionFirewallWeb CacheSession Border ControllerNetflowQoS PoliceVoiceVideoIOS XE 控制處理流程FPSIPRPQFP Subsystem QFP CodeCrypto AssistChassis Mgr.Kernel (Including Utilities)SPA DriverSPA DriverSPA DriverSPA Dr

21、iverIOPCSPASPASPAAgg.Chassis Mgr.Forwarding Mgr.CPP Client/Driver Kernel (Including Utilities)FECPChassis Mgr.Forwarding Mgr.Interface Mgr.IOSKernel (Including Utilities)SSL/SSHInterconn.Interconn.Interconn.Interconn.IOSPage:14Kernel (Including Utilities)Kernel (Including Utilities)轉(zhuǎn)發(fā)控制消息流程組件熱插拔和機(jī)箱管

22、理消息流程IOS-XE控制平面通信流程Interface Mgr.FIBFPSIPRPQFP Subsystem CPP CodeCrypto AssistChassis Mgr.Kernel (Including Utilities)SPA DriverSPA DriverSPA DriverSPA DriverIOPCSPASPASPAAgg.Chassis Mgr.Forwarding Mgr.QFP Client/Driver Kernel (Including Utilities)FECPChassis Mgr.Forwarding Mgr.Interface Mgr.IOSKern

23、el (incl. utilities)Kernel (Including Utilities)SSL/SSHInterconn.Interconn.Interconn.Interconn.Interface Mgr.CPP CodeQFP Client/Driver ASR 1000控制消息流程-以O(shè)SPF為例OSPF LSA報(bào)文抵達(dá)SPA卡上的網(wǎng)絡(luò)接口，SPA卡將其轉(zhuǎn)發(fā)給SIPSIP進(jìn)行入棧側(cè)的高低優(yōu)先級(jí)隊(duì)列分類， 然后將報(bào)文傳送給ESPQFP處理器收到報(bào)文后發(fā)送給一個(gè)空閑的PPE處理PPE將報(bào)文的內(nèi)部處理頭部信息標(biāo)記為該報(bào)文是控制報(bào)文需要到RP處理PPE將OSPF LSA報(bào)文發(fā)送給BQS

24、隊(duì)列芯片BQS調(diào)度器將報(bào)文傳送給RPRP通過(guò)ESI接口收到報(bào)文后將其發(fā)送給IOS進(jìn)程IOS接收到OSPF LSA后進(jìn)行最短路徑優(yōu)先的計(jì)算IOS更新RIB、FIB給FMRPFMRP保存一份RIB/FIB的拷貝，并將RIB、FIB傳送給FMESPFMESP保存一份FIB的拷貝并對(duì)QFP進(jìn)行編程處理SBEOSPF LSAFIBPage:16shmcp-1013-2#show shmcp-1013-2#show ipip route route Routing entry for /24, 1 known subnetsS

25、1/0 via shmcp-1013-2#show shmcp-1013-2#show ipip cefcef detail detail /24, epoch 31 recursive via attached to TenGigabitEthernet3/3/0shmcp-1013-2#show platform software shmcp-1013-2#show platform software ipip RP active RP active cefcef prefix /

26、24 prefix /24 Forwarding TablePrefix/Len Next Object Index -/24 OBJ_ADJACENCY 0 x60000095 shmcp-1013-2#show platform software shmcp-1013-2#show platform software ipip FP FP active active cefcef prefixprefixForwarding TablePrefix/Len Next Object Index -/24 OBJ_ADJACENCY 0 x

27、60000095 ASR1000 IOS XE 版本管理Page:18ASR 1000 IOS XE版本管理ASR1001和ASR1002-X采用universal的方式， 通過(guò)軟件授權(quán)開(kāi)啟不同的IOS版本其它ASR1000 平臺(tái)使用不同的軟件版本， 分為Ipbase、 advanced ip service、和Advanced Enterprise service以及帶K9和不帶K9共六種軟件版本。Page:19Router# show versionCisco IOS Software, IOS-XE Software (X86_64_LINUX_IOSD-UNIVERSALK9-M),

28、Version 15.2(4)S, RELEASE SOFTWARE (fc4)Technical Support: http:/ (c) 1986-2012 by Cisco Systems, Inc.Compiled Mon 23-Jul-12 20:03 by mcpreIOS XE Version: 03.07.00.SASR 1000 IOS XE版本命名軟件版本命名為 IOS XE Major Release. Release Version . Rebuild version SMajor Release = 3Release Version = xRebuild version = 0 for FCS, 1 for Rebuild 1 etcSuffix = S（S=ASR1000， SG=Catalyst 4500E）Example: IOS XE 3.2.0S ( 15.1(1)S )SW image file name: ASR1000rp1-ipbasek9 .03.02.00. S.151-1S.bin