RE PFE 逻辑结构及物理结构浅析t

juniper 路由器逻辑及物理结构分析


作者： Jason Lee jasonlee@
版权： 引用及转载 请标明作者



Junipser Network Router 逻辑上分为RE 与 PFE


+--------+ +--------+
| RE +--------+ PFE |
+--------+ +--------+


RE 主要是负责用户操作的管理 CLI 以及路由协议的运行的
RE的作用:
1.运行各类路由协议。
2.生成路由表
3.由路由表生成 master routering table（MRT)
4.由 MRT 生成转发表 并下发到PFE上

RE的组成：
RE 基于一块 intel PCI mother board （其上面有cpu 与内存）
在内存中存储了， 路由表， 转发表， link-state Datebase， 以及运行junos 所需的内存。
除内存外 还有一块CF卡 和一个硬盘， CF卡上存储了 junos software 以及配置文件
在硬盘上存储了： junos的备份系统， log 文件， debug 信息 以及用户上传的文件。


PFE （Packet Forwarding Engine) 主要负责报文的转发

PFE的组成：
PFE 主要包含了3部分 分别是 PIC （Physical Interface Card）， FPC（Flexible PIC Concentrator）， SCB（Switching Control Board）

其逻辑结构为：


PFE
+--------------------------------------------------------------------------------+
| +----------------------------------------------------------------------------+ |
| | | |
| | | |
| | +----------+ +---------------+ +----------------+ | |
| | | PIC | | FPC | | SCB | | |
| | | | | | | | | |
| | | +------+ +------------+ +------------+ +---------+ | | |
| | | |PIC | | | +----------+ | | | DBM ASIC| | | |
| | | |I/O M | | | |I/O M ASIC| | | +---------+ | | |
| | | |ASIC | | | +----------+ | | | | |
| | | +------+ | | | | +---------+ | | |
| | | | | | | | IP ASIC| | | |
| | | | | | | +---------+ | | |
| | | | | | | | | |
| | +----------+ +---------------+ +----------------+ | |
| | | |
| +----------------------------------------------------------------------------+ |
+-----------------------------------

---------------------------------------------+




下面分别介绍下各个板卡以及ASIC的作用

1.PIC
接口卡,可以识别各类的传输媒体例如 以太,ATM, SONET 等等. 在PIC 每个接口都有一个 PIC I/O Manager ASIC
用来识别媒体类型 以及检查二层的帧错误，并生成链路层的警报。所有报文的进站出站都最终由PIC完成。

2.FPC
FPC用来连接SCB与PIC 在FPC上有一个I/O Manager ASIC, 其作用为：
a.检查二层三层包头的完整性
b.如果通过检查, 则去掉二层包头, 并分成64-byte的单元 J-cel.
c.I/O manager Asic 将jcell 发送到 DBM Asic上由它存储到共享内存里.
d.将需要出站的报文排队，更改ttl并添加二层头将报文发给PIC I/O Asic 从而将报文发送出去.

3.SCB
在SCB上有两种ASIC 分别是 DBM ASIC（Distributed Buffer Manager ASIC）和 IP ASIC（Internet Processor ASIC)
a.DBM ASIC:
在每一个SCB上都有两个 DBM ASIC 分别管理进站流量和出站流量. 这两个asic都会给报文分配存储空间.
Inbound DBM ASIC 收到 I/O Manager ASIC 发过来的J-cell 后会产生一个 notification cell, 其中包括了
source/destination address, S/D port, inbound interface, Qos setting, TTL, 等信息。并将该 notification cell
发送给 IP ASIC。

Outbound SCB ASIC, 当IP Asic查询完路由表后会生成一个result cell 其中包括了next-hop 信息， 当outbound vscb asic
收到result cell 后就能确定应从那个interface出去，从而确定了FPC， 这时候将result cell 发给spc 排队等候发送。
b.IP ASIC:
IP asic 是PFE的核心组件，RE 生成的转发表会下发到 SCB的 SSRAM 中，IP asic 会根据notification cell
去访问转发表 进行路由查找 从而确定 下一跳， 当完成查找后会将 next-hop 信息放入 notification cell 中 这时候
notification cell 就变成了result cell。
IP asic 还可以执行policy 以及防火墙的包过滤等功能。


简述了一些基本的组件后看下 unicast Package 是如何在PFE上转发的：


----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
| |
| Control Board |
| +---------------------------+ Perform:

|
| + Internet Processor | e notification cell |
| + | to look up forwarding table |
| + ASIC | 2.get the next-hop and creat Result Cell |
| +---------------------------+ |
| +---------------+ ^ | +---------+ |
| | notification | | | | Result | |
| | cell | | | | cell | |
| +---------------+ | | +---------+ |
| [6] | V [7] |
| +-------------------------------->+ +----------------------------->+ |
| ^ | |
| | | |
| | | |
| | | +---------+ |
| | | | Result | |
| | | | cell | |
| | | +---------+ |
| | +---------+

| |
| | | J-cell | V |
| ----------------- | | ----------------- Perform: |
| | Inbound | +---------+ [11] | outbound | e Result cell |
| | Distributed |-------------------------->+ +--------------->| Distributed | to examin the out interface |
| | Buffer | | ^ | Buffer | 2.send result cell to I/O asic |
| | Manager ASIC | | | <--------------| Manager ASIC | for queuing and trasmission |
| ----------------- | | [10] ----------------- |
| / Perform: | | \ |
| / 1.create | | \ |
| +---------+ / notification cell | | \ |
| | J-cell | / 2.transmit Not-cell | | \ [8] |
| | | / to IP ASIC | | \ |
| +---------+ / 3.store the J-cell |[4] | V +---------+ |
| / to memory pool | | | | Result | |
| ^ [3] | | | | cell | |
| | | | | +---------+ |
| | | | | |

| | | | | |
-------------------|--------------------------------------------|---------------------|---------------------------------|---------------------------------------
| | | |
| | | |
-------------------|--------------------------------------------|---------------------|---------------------------------|---------------------------------------
| | | | | |
| FPC | | +---------+ | | |
| | [5] | | J-cell | | | |
| | | | | | | |
| | | +---------+ | | |
| | | | | |
| | V | V |
| ------------------ Perform: +--------------------------+ ------------------ Perform: |
| | Inbound I/O | 1.verifi the integrity | Shared memory on FPC | | Inbound I/O | 1.queues the result cell |
| | Manager ASIC | of L2&L3 header | | | Manager ASIC | 2.when reach the head |
| ------------------ 2.Remoce L2 header | | ------------------ request the J-cell from|
| ^ [2] 3.Segments to 64 byte J-cell +--------------------------+ | Outbund DBM ASIC |
| +---------+ | 4.Send J-cell to DBM ASIC +---------+ | 3.wh

en the outgoing j-cel|
| | inbound | | |outbound | | [9] arrive change TTL and |
| | package | | | package | | add the L2 header |
| +---------+ | +---------+ | |
| | | |
-------------------|------------------------------------------------------------------------------------------------------|-------------------------------------
| |
| |
-------------------|------------------------------------------------------------------------------------------------------|-------------------------------------
| | | |
| PIC | | [12] |
| | Perform: | |
| | 1.L2 error checking V |
| ------------------ 2.transmits the package ------------------ |
| | inbound PIC | to I/O Manage ASIC | outbound PIC | |
| | Manager ASIC | | Manager ASIC | |
| ------------------ ------------------ |
| ^ [1] | |
| | |

|
| | | |
-------------------|-------------------------------------------------------------------------------------------------------|------------------------------------
| |
+---------+ | +---------+ |
| inbound | | |outbound | |
| package | | | package | |
+---------+ +---------+ V



[1] 进站报文上送到 PIC I/O Manager ASIC 检查链路层错误， 没错则上送到FPC卡上的 I/O Manage ASIC上

[2] I/O Manager ASIC 检查L2 L3的包头完整性，然后去掉L2 header 封装成64 byte的J-cell 上送给 DBM ASIC

[3] [4] [5] DBM ASIC 为接受到得J-cell 指定存储空间，并通知FPC 上的 I/O manager ASIC 来存贮 J-cell 到共享内存中

[6] J-cell 存储后 DBM ASIC 会将事先用j-cell 生成的notification cell 发送到 IP Asic 上

[7] IP ASIC 通过 notification cell 进行路由查找，生成 result cell 其中加入了 next-hop信息

[8] Outbound DBM ASIC 将Rsult cell 发送到FPC 的I/O manager asic上 排队等待发送

[9] 当排到时 I/O M ASIC 向DBM ASIC 申请 j-cell 发送

[10] [11] DBM ASIC 从共享内存中拷贝一份 j-cell 并发送给 I/O M ASIC

[12] I/O M ASIC 将j-cell 修改TTL值 并加上L2 header 通过PIC I/O Manager ASIC 发送出去