网络设备硬核技术内幕 路由器篇 CISCO ASR9900拆解 (一)

前面，我们用连续7章的篇幅讲了路由器控制平面路由的计算、基于NP的转发平面工作流程，以及转发平面与控制平面的互动。今天，让我们来解剖一只麻雀大象——CISCO ASR9900系列路由器。

上图是ASR9K系列的两个不同子系列——ASR9000系列和ASR9900系列。

ASR9900是ASR9000的下一代，每槽位容量达1.5T。以ASR9906/9910/9912/9922为例，它有6+1块交换网板（6+1冗余），整机支持4/8/10/20块线卡。

线卡NP采用CISCO自研的NP处理器，目前主流的为Typhoon（二代卡）和Tomahawk（三代卡），并刚刚演进到LightSpeed（四代卡）。

以Tomahawk线卡为例，每块线卡支持5片NP，每片转发能力为240Gbps。

它的框图如下：

如图，Linecard上光口通过PHY芯片连接到NP芯片，芯片经过FIA(Fabric Interface Adapter)连接到线卡上的Switch Fabric。线卡Switch Fabric连接到交换背板的Switch Fabric。

我们注意到，交换机的光口与Switch ASIC一般直接相连。那么，为什么路由器的光口与NP芯片之间需要PHY芯片呢？这是因为，路由器的光口往往通过长距离光模块与40KM甚至80KM以外的设备相连，会出现信号的变形。

Retimer包含两个部分：Repeater实现信号的均衡(EQ)和重新增强(De-emphasis)，而CDR(数据时钟恢复)则可以修复眼图的抖动，重整长距离传输后的信号，保证在MAC中不产生误码。

NP与线卡上的Switch Fabric之间有一个FIA芯片。FIA可以实现什么功能呢？

让我们回顾一下在交换机专题中的这一章——《雷峰塔会掉下来》。

对于城域边缘/核心路由器，由于需要实现H-QoS，需要较多的队列，而且需要保证某端口的拥塞不会影响到其他的端口，因此，需要实现VoQ交换。在VoQ交换架构中，系统为每个接口可以分配一个或多个虚拟的队列，在某端口拥塞时，不会影响到同一芯片上的其他端口。

FIA就是在线卡上实现这一功能的单元。

它实现了VoQ的缓存调度、VoQ信用调度和组播负载分担等工作。

VoQ是基于信用调度的。简单地说，就是下游的线卡Buffer中有足够的空间的时候，上游才可以发送。FIA为每个VoQ分配了与Buffer对应的信用值，每向对端发送一个包，会扣除相应信用值。只有这个包在对端FIA的缓存中被处理完毕，发送到出方向接口或被丢弃，并通知到上游FIA，信用值才得以恢复。这样一来，就实现了避免交换网的拥塞。

NP是整个线卡的核心。它的内部结构如下：

如图，线卡由crossbar, MAC核，包处理单元，TM，内存控制器，Fabric接口和硬件加速单元构成。

来自PHY芯片的Serdes，经过Crossbar连接到MAC。Crossbar是为了灵活地把固化在芯片内部的MAC核，分配给万兆/40G/100G等不同速率的接口。如通过4个10G Serdes合并为QSFP+接口的40G以太网接口时，就需要通过Crossbar，将4个10G Serdes交叉到一个MAC核上。

MAC的入方向，通过内部连线与包处理单元相连。包处理单元是NP的核心，在下一篇中详细拆解。

包处理单元处理后的数据包，通过TM(Traffic Mgmt)发送到MAC，或者通过Fabric Intf发送到Switch Fabric。

TM可以实现QoS，如TD，WRED等。关于这个话题，我们在下下篇里面展开。

明天开始，我们将逐一拆解ASR9900线卡和交换网板的各个部件。

本期问题：NP中的Crossbar，在交换芯片中是否存在？它与Gearbox PHY芯片能否相互替代？

上期遗留问题解答：

如果路由器按TD方式丢包，汤普金森先生能否走出这台路由器？

不能。TD方式会丢弃尾部所有超出缓存能力的数据包。汤普金森先生依然会被丢弃掉。