Cisco 12000 シリーズ インターネット ルータのアーキテクチャ：ラインカード設計

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Updated: 2005 年 7 月 7 日
Document ID:47242

偏向のない言語

この製品のマニュアルセットは、偏向のない言語を使用するように配慮されています。このマニュアルセットでの偏向のない言語とは、年齢、障害、性別、人種的アイデンティティ、民族的アイデンティティ、性的指向、社会経済的地位、およびインターセクショナリティに基づく差別を意味しない言語として定義されています。製品ソフトウェアのユーザーインターフェイスにハードコードされている言語、RFP のドキュメントに基づいて使用されている言語、または参照されているサードパーティ製品で使用されている言語によりドキュメントに例外が存在する場合があります。シスコのインクルーシブランゲージに対する取り組みの詳細は、こちらをご覧ください。

翻訳について

シスコは世界中のユーザにそれぞれの言語でサポート コンテンツを提供するために、機械と人による翻訳を組み合わせて、本ドキュメントを翻訳しています。ただし、最高度の機械翻訳であっても、専門家による翻訳のような正確性は確保されません。シスコは、これら翻訳の正確性について法的責任を負いません。原典である英語版（リンクからアクセス可能）もあわせて参照することを推奨します。

概要

この文書では、Cisco 12000 シリーズ インターネット ルータのラインカード設計の概要を説明します。

前提条件

要件

このドキュメントに特有の要件はありません。

使用するコンポーネント

このドキュメントの情報は、次のハードウェアに基づいています。

  • Cisco 12000 シリーズ インターネット ルータ

このドキュメントの情報は、特定のラボ環境にあるデバイスに基づいて作成されました。このドキュメントで使用するすべてのデバイスは、初期（デフォルト）設定の状態から起動しています。対象のネットワークが実稼働中である場合には、どのようなコマンドについても、その潜在的な影響について確実に理解しておく必要があります。

表記法

ドキュメント表記の詳細は、『シスコ テクニカル ティップスの表記法』を参照してください。

基本的な主要動作

Cisco 12000 シリーズ インターネット ルータでは、すべてのライン カード（LC）で Cisco IOS® ソフトウェア イメージが独立して動作し、LC ですべてのスイッチング処理が行われるような、本当の意味での分散アーキテクチャが実現されています。Cisco Express Forwarding スイッチングが唯一のスイッチング パスです。7500 シリーズなどの他のプラットフォームで提供されているファースト スイッチングや最適スイッチングなどの他のパスは存在しません。各プラットフォームで使用できる非分散型スイッチング パスの概要については、『ネットワークに最適なルータ スイッチング パスの選択方法』を参照してください。

パケットの転送機能は、各ライン カードによって実行されます。ギガビット ルート プロセッサ（GRP）で計算された転送テーブルのコピーは、システムの各ライン カードに配布されます。各ライン カードは、転送テーブルのローカル コピーで受信された各データグラムの宛先アドレスを個別にルックアップし、データグラムは宛先のライン カードに、クロスバー スイッチ ファブリックでスイッチングされます。LC の基本機能は、IP/マルチプロトコル ラベル スイッチング（MPLS）の転送、ping 応答およびパケット フラグメンテーションです。

ラインカードでは次の処理が行われます。

ライン カードのアーキテクチャに進む前に、Cisco12000 固有の動作を理解することが重要です。動作は次のカテゴリに分類できます。

  • パスの決定

  • シスコ エクスプレス フォワーディング

  • 輻輳管理などの Quality of Service（QoS）

パスの決定

Cisco 12000 のパス決定処理には次のアクティビティが含まれます。

  • Enhanced Interior Gateway Routing Protocol（EIGRP）、Intermediate System-to-Intermediate System（IS-IS）、Open Shortest Path First（OSPF）などの内部ルーティング プロトコルの処理

  • Border Gateway Protocol（BGP）などの外部ゲートウェイ プロトコルの処理

  • ルーティング アップデートの発行と応答

  • ルーティング テーブルの作成と維持

  • 再帰ルートの解決

  • 転送テーブルへのアップデートの送信

12000 が IP データグラムを転送する前に、GRP がローカル ルーティング テーブルを構築する必要があります。このルーティング テーブルには、着信 IP パケットのネクストホップ情報が含まれています。

GRP では、Enhanced Interior Gateway Routing Protocol（EIGRP）、Intermediate System-to-Intermediate System（IS-IS）、Open Shortest Path First（OSPF）、Border Gateway Protocol（BGP）などの内部ルーティング プロトコルが処理されて、ルーティング テーブルの作成と保守が行われます。

このテーブルには、IP パケットの転送に必要なすべてのルートのエントリとメトリック（パス長など）が含まれています。また、内部プロトコルと BGP などの外部ゲートウェイ プロトコルの両方がサポートされている場合に発生する、すべての再帰ルートを GRP が計算します。GRP とラインカードでは、distributed Cisco Express Forwarding（dCEF）という新しい分散型のスイッチング方式が使用されます。 この分散型スイッチング方式を使用して、事前計算された再帰ルート情報を含むパケット転送が各ラインカードに対して送信されます。

シスコ エクスプレス フォワーディング

Cisco Express Forwarding の詳細については、『Cisco 12000 シリーズ インターネット ルータ：Cisco Express Forwarding について』を参照してください。

ライン カードのアーキテクチャ

ラインカードには、エンジン タイプに基いてさまざまなアーキテクチャがあります。次の図は、すべての LC に共通な一般的なダイアグラムを示しています。

ライン カード ダイアグラム

lcdesign1.gif

各 LC は次の 3 つの主要なセクションに分割できます。

  • 物理層インターフェイス モジュール（PLIM） - これは物理的な接続を終端するハードウェア モジュールです（メディア依存のため、非同期転送モード（ATM）、Packet-over-SONET（POS）、およびファスト イーサネットです）

  • L3 スイッチング エンジン - このフォワーディング エンジンは、宛先 LC へのスイッチング ファブリックを介した伝送用パケットを実際に準備します。これは L3 ルックアップ、書き換え、バッファリング、輻輳制御およびすべての L3、QoS 機能を処理します。パケット転送エンジンには 5 つのタイプがあり、エンジン 0、1、2、3 および 4 と呼びます。本ドキュメント作成時点で、ライン カードは、次の表で示すパケット フォワーディング エンジンのタイプに分類されます。

  • ファブリック インターフェイス - ファブリック インターフェイス ASIC（FIA）は、宛先 LC へのスイッチング ファブリックを介した伝送用パケットを準備します。これはファブリック許可要求、ファブリック キューイング、スロットごとのマルチキャスト レプリケーションなどを処理します。

Cisco 12000 シリーズでは、コア、エッジ、チャネライズド エッジ、Asynchronous Transfer Mode（ATM; 非同期転送モード）、イーサネット、Dynamic Packet Transport（DPT; ダイナミック パケット トランスポート）、さらに、販売が終了したラインカードを含む豊富なラインカード群が使用できます。これらのラインカードでは、Cisco 12000 シリーズの分散システム アーキテクチャを利用した、ハイ パフォーマンス処理、優先パケット配送とサービスの保証、および透過的な Online Insertion and Removal（OIR; ホットスワップ）が実現されています。次の表に、2001 年 12 月現在でリリースされているラインカードとそれに対応するエンジン タイプを示します。

コア ライン カード

ライン カード名 [Engine] サポートされるシャーシ IOS リリース リソース
1-Port OC-48 POS ISE 1 ポート OC-48c/STM -16c POS/SDH ISE ラインカード Engine 3（ISE） 10G シャーシ 2.5G シャーシ 12.0(21)S 12.0(21)ST データシート
1-Port OC-48 POS 1 ポート OC-48c/STM-16c POS/SDH ラインカード エンジン 2 10G シャーシ 2.5G シャーシ 12.0(10)S 12.0(11)ST データシート
4-Port OC-48 POS 4 ポート OC-48c/STM-16c POS/SDH ラインカード エンジン 4 10G シャーシのみ 12.0(15)S 12.0(17)ST データシート
1-Port OC-192 POS 1 ポート OC-192c/STM-64c POS/SDH ラインカード エンジン 4 10G シャーシのみ 12.0(15)S 12.0(17)ST データシート

エッジ ライン カード

ライン カード名 [Engine] サポートされるシャーシ IOS リリース リソース
6-Port DS3 6 ポート DS3 ラインカード エンジン 0 10G シャーシ 2.5G シャーシ 12.0(10)S 12.0(11)ST データシート
12-Port DS3 12 ポート DS3 ラインカード エンジン 0 10G シャーシ 2.5G シャーシ 12.0(10)S 12.0(11)ST データシート
6-Port E3 6 ポート E3 ラインカード エンジン 0 10G シャーシ 2.5G シャーシ 12.0(15)S 12.0(16)ST データシート（pdf バージョン）
12-Port E3 12 ポート E3 ラインカード エンジン 0 10G シャーシ 2.5G シャーシ 12.0(15)S 12.0(16)ST データシート（pdf バージョン）
4-Port OC-3 POS 4 ポート OC-3c/STM-1c POS/SDH ラインカード エンジン 0 10G シャーシ 2.5G シャーシ 12.0(05)S 12.0(11)ST
8-Port OC-3 POS 8 ポート OC-3c/STM-1c POS/SDH ラインカード エンジン 2 10G シャーシ 2.5G シャーシ 12.0(10)S 12.0(11)ST データシート
16-Port OC-3 POS 16 ポート OC-3c/STM-1c POS/SDH ラインカード エンジン 2 10G シャーシ 2.5G シャーシ 12.0(10)S 12.0(11)ST データシート
16-Port OC-3 POS ISE 16 ポート OC-3c/STM-1c POS/SDH ISE Engine 3（ISE） 10G シャーシ 2.5G シャーシ 12.0(21)S 12.0(21)ST データシート
1-Port OC-12 POS 1 ポート OC-12c/STM-4c POS/SDH ラインカード エンジン 0 10G シャーシ 2.5G シャーシ 12.0(10)S 12.0(11)ST データシート
4-Port OC-12 POS 4 ポート OC-12c/STM-4c POS/SDH ラインカード エンジン 2 10G シャーシ 2.5G シャーシ 12.0(10)S 12.0(11)ST データシート
4-Port OC-12 POS ISE 4 ポート OC-12c/STM-4c POS/SDH ISE ラインカード Engine 3（ISE） 10G シャーシ 2.5G シャーシ 12.0(21)S 12.0(21)ST データシート
1-Port OC-48 POS ISE 1 ポート OC-48c/STM -16c POS/SDH ISE ラインカード Engine 3（ISE） 10G シャーシ 2.5G シャーシ 12.0(21)S 12.0(21)ST データシート

チャネライズド エッジ ライン カード

ライン カード名 [Engine] サポートされるシャーシ IOS リリース リソース
2-Port CHOC-3, DS1/E1 2 ポート チャネライズド OC-3/STM-1（DS1/E1）ラインカード エンジン 0 10G シャーシ 2.5G シャーシ 12.0(17)S 12.0(17)ST データシート
1-Port CHOC-12, DS3 1 ポート チャネライズド OC-12（DS3）ラインカード エンジン 0 10G シャーシ 2.5G シャーシ 12.0(05)S 12.0(11)ST データシート
1-Port CHOC-12, OC-3 1 ポート チャネライズド OC-12/STM-4（OC-3/STM-1）ラインカード エンジン 0 10G シャーシ 2.5G シャーシ 12.0(05)S 12.0(11)ST データシート
4-Port CHOC-12 ISE 4 ポート チャネライズド OC-12/STM-4（DS3/E3、OC-3c/STM-1c）POS/SDH ISE Engine 3（ISE） 10G シャーシ 2.5G シャーシ 12.0(21)S 12.0(21)ST データシート
1-Port CHOC-48 ISE 1 ポート チャネライズド OC-48/STM-16 (DS3/E3、OC-3c/STM-1c、OC-12c/STM-4c）POS/SDH ISE ラインカード Engine 3（ISE） 10G シャーシ 2.5G シャーシ 12.0(21)S 12.0(21)ST データシート
6-Port Ch T3 6 ポート チャネライズド T3（T1）ラインカード エンジン 0 10G シャーシ 2.5G シャーシ 12.0(14)S 12.0(14)ST

非同期転送モード（ATM）ライン カード

ライン カード名 [Engine] サポートされるシャーシ IOS リリース リソース
4-Port OC-3 ATM 4 ポート OC-3c/STM-1c ATM エンジン 0 10G シャーシ 2.5G シャーシ 12.0(5)S 12.0(11)ST データシート
1-Port OC-12 ATM 1 ポート OC-12c/STM-4c ATM エンジン 0 10G シャーシ 2.5G シャーシ 12.0(7)S 12.0(11)ST データシート
4-Port OC-12 ATM 4 ポート OC-12c/STM-4c ATM ラインカード エンジン 2 10G シャーシ 2.5G シャーシ 12.0(13)S 12.0(14)ST データシート

イーサネット ラインカード

ライン カード名 [Engine] サポートされるシャーシ IOS リリース リソース
8-Port FE w/ ECC 8 ポート ファースト イーサネット ラインカード エンジン 1 10G シャーシ 2.5G シャーシ 12.0(10)S 12.0(16)ST データシート
1-Port GE w/ ECC 1 ポート ギガビット イーサネット ラインカード エンジン 1 10G シャーシ 2.5G シャーシ 12.0(10)S 12.0(16)ST データシート
3-Port GE 3 ポート ギガビット イーサネット ラインカード エンジン 2 10G シャーシ 2.5G シャーシ 12.0(11)S 12.0(16)ST データシート
10-Port GE 10 ポート ギガビット イーサネット Engine 4 w/RX/TX+ /density 10G シャーシ 2.5G シャーシ 12.0(22)S 12.0(22)ST データシート

Dynamic Packet Transport（DPT; ダイナミック パケット トランスポート）ライン カード

ライン カード名 [Engine] サポートされるシャーシ IOS リリース リソース
2-Port OC-12 DPT 2 ポート OC-12c/STM-4c DPT エンジン 1 10G シャーシ 2.5G シャーシ 12.0(10)S 12.0(11)ST データシート アナウンスメント
1-Port OC-48 DPT 1 ポート OC-48c/STM-16c DPT エンジン 2 10G シャーシ 2.5G シャーシ 12.0(15)S 12.0(16)ST データシート アナウンスメント

販売終了（EOS）のライン カード

次のカードは現在販売されていません。参考情報として掲載します。

ライン カード名 [Engine] サポートされるシャーシ IOS リリース
1-Port OC-192c/ STM- 64c イネーブラ カード 1 ポート OC-192c/STM-64c POS/イネーブラ カード エンジン 2 10G シャーシ 2.5G シャーシ 12.0(10)S 12.0(11)ST

入手可能なデータシートは、『製品資料』ページですべて入手できます。

注：エンジン3ラインカードは、ラインレートでエッジ機能を実行できます。レイヤ3エンジンが高いほど、ハードウェアでスイッチングされるパケットが多くなります。

ラインカード間の違いは、Physical Layer Interface Module（PLIM; 物理層インターフェイス モジュール）とレイヤ 3 転送エンジンだけです。ライン カードは、同じ L3 フォワーディング エンジン内でのみ、PLIM によって異なります。PLIM にはメディア依存のコンポーネント（たとえば、Asynchronous Transfer Mode（ATM; 非同期転送モード）の PLIM には Segmentation And Reassembly（SAR）、GigE PLIM には Media Access Control Application-Specific Integrated Circuit（MAC ASIC; メディア アクセス制御 ASIC））が搭載されていますが、パケット パスのセオリーは、どの PLIM でも非常によく似ています。この文書では Packet Over SONET（POS; パケット オーバー ソネット）PLIM を中心に説明されていますが、適用できる場合は有用な差異についても記されています。

ライン カード上のレイヤ 3 エンジン タイプを決定するため、次に示すように、Cisco IOS ソフトウェア リリース 12.0(9)S では「L3 エンジン」タイプを show diag コマンドの出力に追加しました。

SLOT 1 (RP/LC 1 ): 1 Port Packet Over SONET OC-12c/STM-4c Single Mode
    MAIN: type 34, 800-2529-02 rev C0 dev 16777215
          HW config: 0x00 SW key: FF-FF-FF
    PCA:  73-2184-04 rev D0 ver 3
          HW version 1.1 S/N CAB0242ADZM
    MBUS: MBUS Agent (1) 73-2146-07 rev B0 dev 0
          HW version 1.2 S/N CAB0236A4LE
          Test hist: 0xFF RMA#: FF-FF-FF RMA hist: 0xFF
    DIAG: Test count: 0xFFFFFFFF Test results: 0xFFFFFFFF
    L3 Engine: 0 - OC12 (622 Mbps) 
    
!--- Engine 0 card.

    MBUS Agent Software version 01.40 (RAM) (ROM version is 02.02)
    Using CAN Bus A
    ROM Monitor version 10.00
    Fabric Downloader version used 13.01 (ROM version is 13.01)
    Primary clock is CSC 1
    Board is analyzed
    Board State is Line Card Enabled (IOS RUN )
    Insertion time: 00:00:11 (2w1d ago)
    DRAM size: 268435456 bytes
    FrFab SDRAM size: 67108864 bytes
    ToFab SDRAM size: 67108864 bytes
    0 crashes since restart

同じ結果から役に立つ情報だけを表示するには、次のショートカット コマンドを使用できます。

Router#show diag | i (SLOT | Engine) 

... 
SLOT 1  (RP/LC 1 ): 1 port ATM Over SONET OC12c/STM-4c Multi Mode 
  L3 Engine: 0 - OC12 (622 Mbps) 
SLOT 3  (RP/LC 3 ): 3 Port Gigabit Ethernet 
  L3 Engine: 2 - Backbone OC48 (2.5 Gbps) 
...

シスコは現在、5 つのタイプの L3 エンジンを提供しています。

  • エンジン 0 - OC12/BMA：IP/MPLS ルックアップが R5K CPU でソフトウェア処理されます。このエンジンでは、従来の Buffer Management ASIC（BMA; バッファ管理 ASIC）を使用しています。BMA では、パケット バッファの管理およびスイッチ ファブリックを経由して転送されるパケットのセグメント化と再構成が行われます。着信側の BMA には、PLIM からパケットを受信して、パケットを固定サイズのセルにセグメント化し、スイッチ ファブリック経由で転送されるように Fabric Interface ASIC（FIA; ファブリック インターフェイス ASIC）に渡す役割があります。発信側の BMA は、スイッチ ファブリックから到着したセルを FIA の支援を得てパケットに再構成し、装置から送信されるように PLIM にパケットを渡します。このライン カードのほとんどの機能は、ソフトウェアで実装されます。

  • エンジン 1 - Salsa/BMA48（TTM48）：この 2 番目のエンジンはさらに改良されています。はじめに、新しい ASIC はハードウェアで IP ルックアップを実行するために開発されました。この新しい ASIC は Salsa と呼ばれています。このエンジンでは、Media Access Control（MAC; メディア アクセス制御）の書き換えだけがソフトウェアで処理されます。また、帯域幅をさらに拡張するために BMA もアップグレードされました。現在はBMA48と呼ばれています。このエンジンにはMDRRやWREDはサポートされていません。

    エンジン 0 とエンジン 1 のフォワーディング エンジンは、次の図に示す主要コンポーネントで示されます。

    エンジン 0 およびエンジン 1 のパケット フォワーディング エンジン

    lcdesign2.gif

  • エンジン 2 - PSA/TBM/RBM（Perf48）：この新しい ASIC は、IP/MPLS ルックアップが行われる方法を改善するために、これらの LC 上にあります。Packet Switching ASIC（PSA; パケット交換 ASIC）では、タグと IP パケットに対するハードウェアによるルックアップと書き換えが実行されます。この目的で、PSA は FIB テーブルの抽出したローカル コピーを使用します（show ip psa a.b.c.d）。 エンジン 2 LC でのパケット交換は、すべて PSA によってハードウェアで実行されます。パケット転送判定のために LC の CPU に割り込みが発生するのは、PSA でサポートされていないラインカードに機能が設定されている場合だけです。この PSA テーブルは、エンジン 2 LC だけに搭載されている外部メモリに保存されます。 

    Router#exec slot 11 show controller psa mem
 ========= Line Card (Slot 11) =======
PLU SDRAM: Size 0x4000000,  Banks 4
TLU SDRAM: Size 0x4000000,  Banks 4
PSA SSRAM: Size 0x100000

    パケット メモリはデフォルトで 256 MB に増やされており、512 MB まで拡張可能です。

    また、Rx と Tx 用の新しいバッファ管理 ASIC（それぞれ RBM と TBM と呼ばれる）も搭載されています。これらの ASIC は、この LC の Class of Service（CoS; サービス クラス）機能をハードウェア ベースでサポートするためのキーとなります。WRED と MDRR はハードウェアで処理されます。CAR は使用できませんが、代わりに Per-Interface Rate Control（PIRC）と呼ばれる CAR のサブセットが設定できます。Cisco IOS ソフトウェア リリース 12.0(14)S 時点では、エンジン 2 の Packet-over-SONET（POS）ライン カードで、Sampled NetFlow がサポートされています。Sampled NetFlow 機能を使用すれば、ルータに転送される「x」個の IP パケットごとに 1 個のパケットをサンプリングできます。この際にユーザが「x」に指定できるのは最小値から最大値までの範囲の値です。サンプリング パケットは、ルータの NetFlow フロー キャッシュで処理されます。このサンプリング パケットにより、大多数のパケットに対して NetFlow 用の追加処理が不要となるので、スイッチング処理がより高速に行えるようになり、NetFlow パケットの処理に要する CPU 使用率を大幅に低減できます。詳細については、『Sampled NetFlow について』を参照してください。

    Cisco IOS ソフトウェア リリース 12.0(16)S 時点では、3 ポート ギガビット イーサネット ラインカードで、Sampled NetFlow がサポートされています。

    Cisco IOS ソフトウェア リリース 12.0(18)S 時点では、PSA 上で Sampled NetFlow と 128 のアクセス コントロール リスト（ACL）を、エンジン 2 の Packet-over-SONET（POS）ライン カード上と同時に設定できるようになりました。

    すべてが PSA を介してスイッチングされますが、例外は LC 上のローカル CPU に移動しなければならない機能（出力 CAR、PSA 規制に一致しない場合に適用されるアクセス リストを持つパケット、オプション/非中継トラフィック、マルチキャスト パケット、IPv6 パケットなど）です。Cisco IOS ソフトウェア リリース 12.0(16)S 現在では、出力 CAR は分散トラフィック シェーピング（DTS）に置き換えられました。詳細については、『Cisco 12000 シリーズ インターネット ルータの分散トラフィック シェーピング』で入手できます。

    エンジン 2 カードでは、ACL のサポートがハードウェア処理に変更されています。これらを設定したくない場合、設定に no access-list hard psa の行を追加する必要があります。

    次は、エンジン 2 のフォワーディング エンジンと主要コンポーネントのダイアグラムです。

    エンジン 2 パケット フォワーディング エンジン

    lcdesign3.gif

  • エンジン 3 - エッジ エンジン：このエンジンは、まったく新しいアーキテクチャのレイヤ 3 エンジンです。これには OC48 の帯域幅もありますが、QoS と ACL 機能との転送速度を向上させるため、新しい ASIC を統合しています。エンジン 3 のライン カードは、ライン レートでエッジ機能を実行できます。

  • エンジン 4 - バックボーン OC192：12008 および 12012 シリーズのルータでは、これらの最新の LC はサポートされていません。OC192 の回線速度がサポートされています。

  • エンジン 4+ - ライン レートでより多くの機能をサポートする点を除き、エンジン 4 と同様。

ライン カードのインストール

LC のインストールと設定、およびシャーシ別の LC サポートに関するリンクを次に示します。

ライン カード上のメモリのタイプに関する詳細は、『ライン カード上のメモリ』を参照してください。

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