Операционная система Cisco IOS

Маршрутизаторы Cisco Systems и их конфигурирование

Pyramids Telecomm

Операционная система Cisco IOS

IOS (Internetwork Operation System) - межсетевая операционная система является одной из самых значительных разработок фирмы Cisco Systems. Развитие средств телекоммуникаций, технологий, стандартов приводит к новым требованиям, предъявляемым пользователями. Cisco IOS как раз и является тем гибким средством для добавления новых сервисов, возможностей и приложений в корпоративную сеть. Для этого необходимо просто заменить IOS в соответствующем устройстве. Эта операционная система не только конкретный программный код, но и целая группа технологий, по-разному этим кодом реализуемая на различных типах устройств.

Имена файлов Cisco IOS.

Процесс загрузки маршрутизатора и организация памяти.

Порядок загрузки Cisco IOS.

Имена файлов Cisco IOS.

Cisco IOS поставляется в виде файлов, название которых, в большинстве случаев, состоит из трех частей: xxxx-yyyy-zz (например для маршрутизатора Cisco 3640 существует такой файл c3640-ds-mz.121-5.bin), где

xxxx - Hardware Product (название платформы под которое поставляется IOS)	c3640
yyyy - Features (специальные возможности, поддерживаемые IOS)	-ds-
zz - Run Location, Compressed Status (место запуска, сжатие)	-mz

Список всех обозначений достаточно обширен, приведем только некоторые из них:

Hardware Product

    as5200     5200           Сервер доступа AS5200
    c1600      1600           Маршрутизатор серии Cisco 1600
    c3640      3640           Маршрутизатор Cisco 3640
    c5300      AS5300         Сервер доступа AS5300
    c7200      7200           Маршрутизатор серии Cisco 7200

Features

    boot - версия для прошивки boot
    d    - Desktop subset - версия с полным набором протоколов (SNMP, IP, Bridging, WAN,
           Remote Node, Terminal Services, IPX, Atalk, ARAP)
    ds   - Desktop Plus
    d2   - уменьшенная версия Desktop subset (SNMP, IP, IPX, ATALK, ARAP)
    f    - FRAD subset (SNMP, FR, PPP, SDLLC, STUN)
    f2   - modified FRAD subset, EIGRP, Pcbus, Lan Mgr removed, OSPF added 
    g    - ISDN subset (SNMP, IP, Bridging, ISDN, PPP, IPX, Atalk)
    g2   - gatekeeper proxy, voice and video
    i    - IP subset (SNMP, IP, Bridging, WAN, Remote Node, Terminal Services)
    is   - IP Plus
    i3   - reduced IP subset with BGP/MIB, EGP/MIB, NHRP, DIRRESP removed
    j    - Enterprise - промышленная версия (formerly bpx, includes protocol translation)
   c2600  - (NAT, IBM, MMP, VPDN/L2F, VOIP and ATM)
   c3640  - (NAT, IBM, MMP, VPDN/L2F) In 11.3T added VOIP
   c7200  - (NAT, ISL, IBM, MMP, VPDN/L2F)
   z    - managed modems
   56   - 56-bit encryption

Run Location, Compressed Status

    Местоположение загрузки IOS
          f - Flash
          m - RAM
          r - ROM
          l - relocatable
    
    Компрессия
          z - zip compressed
          x - mzip compressed

В приведенном примере имя файла содержит и версию IOS, в которой иногда встречается буква Т, например, 12.0.5Т. Это означает, что данная версия является технологической, т.е. в нее включены новые возможности, находящиеся в стадии обкатки. В последнее время мы отказались от их применения, когда столкнулись с вдруг возникшими проблемами после загрузки одной из таких версий. Вдруг перестали работать вполне обычные стандартные, но очень для нас необходимые вещи. Поэтому при загрузке таких IOS нужно быть очень осторожными.

Но иногда возникает ситуация, когда имя файла IOS намеренно с какой-то целью изменено. Тогда вроде бы и нет возможности узнать свойства и возможности имеющегося IOS. Это не совсем так. Проанализировав структуру файла и выявив определенные закономерности, товарищ по работе написал совсем маленькую программку на Си, работающую по DOS. Ниже приведен результат ее работы с файлом c3640-ds-mz_121-6.bin (предварительно переименованным в abc.asd - даже с другим разрешением).

IOS семейства -  c3640
Версия IOS	- 12.1(6)
Feature Set IOS - IP | IPX | AT | DEC PLUS
Image filename of IOS	- c3640-ds-mz
Дескриптор системы		-
IOS (tm) 3600 Software (C3640-DS-MZ), Version 12.1(6), Release Software (fc1)
Compiled Wed 27-Dec-00 12:52 by kellythw

По листингу мы видим семейство, к которому относится IOS, его версию, Feature Set, настоящее имя файла, дескриптор системы, а также информацию о компилировании данного продукта.

Процесс загрузки маршрутизатора и организация памяти.

Процесс загрузки маршрутизатора состоит из следующих этапов:

проверка hardware;
поиск и загрузка операционной системы Cisco IOS;
поиск и применение к использованию информации по конфигурации маршрутизатора.

Одновременно с процессом загрузки удобно рассмотреть организацию памяти в маршрутизаторах фирмы Cisco Systems. Существует 4 вида памяти: ROM, RAM, NVRAM и flash. Рассмотрим каждую из них.

ROM - ПЗУ (постоянное запоминающее устройство) содержит в себе укороченную версию IOS и начальный загрузчик Bootstrap, который загружается сразу после включения маршрутизатора. Bootstrap можно сравнить с BIOS в компьютере. Он проверяет внутреннюю целостность маршрутизатора: процессор, память и т.д., какие присутствуют модули, определяет стратегию загрузки IOS (в каком порядке и откуда его грузить).

По команде show version в листинге можно увидеть строку, информирующую о версии Bootstrap, находящегося в ROM:

ROM: System Bootstrap, Version 11.1(20)AA2, EARLY DEPLOYMENT RELEASE SOFTWARE (fc1)

Начальный загрузчик Bootstrap может быть жестко прописан в ROM (например, в маршрутизаторах Cisco 3640, 2514, 2611). А в Cisco 7206 существует отдельная электрически перепрограммируемая микросхема памяти, называемая Bootflash. В которую можно прописать новую версию Bootstrap. При этом в имени файла будет слово boot, например c7200-boot-mz.121-2.bin.

Flash-память - ЭППЗУ (электрически перепрограммируемое постоянное запоминающее устройство). Служит для хранения рабочей версии IOS. Для того, чтобы узнать что содержится во Flash-памяти, из чего она состоит, необходимо воспользоваться следующей командой: show flash: all Результат ее выполнения - ниже:

Partition   Size    Used      Free      Bank-Size  State          Copy Mode
  1        16384K   8823K     7560K     8192K      Read/Write     Direct

System flash directory:
File  Length   Name/status
        addr      fcksum  ccksum
  1   9035232  c3640-ds-mz.121-5.bin
        0x40      0xB025  0xB025
[9035296 bytes used, 7741920 available, 16777216 total]
16384K bytes of processor board System flash (Read/Write)

   Chip    Bank    Code      Size      Name
    1      1       01AD      2048KB    AMD   29F016
    2      1       01AD      2048KB    AMD   29F016
    3      1       01AD      2048KB    AMD   29F016
    4      1       01AD      2048KB    AMD   29F016
    1      2       01AD      2048KB    AMD   29F016
    2      2       01AD      2048KB    AMD   29F016
    3      2       01AD      2048KB    AMD   29F016
    4      2       01AD      2048KB    AMD   29F016

Здесь мы видим следующую информацию: размер Flash-памяти (Size 16384 Кб) и ее статус (чтение/запись - Read/Write), сколько занято (Used 8823 Кб), сколько свободно (Free 7560 Кб), количество банков памяти (Bank) и количество чипов в одном банке памяти (Chip), размер одного банка (Bank-Size 8192 Кб), размер каждого чипа памяти (2048 Кб) и его фирма-производитель (AMD), имя файла IOS (c3640-ds-mz.121-5.bin) и его размер (9035232 bytes).

RAM - ОЗУ (оперативное запоминающее устройство). Структуру RAM можно представить так:

Commands Executive (выполнение команд)	Internetwork Operation System (IOS)
Programs (ваполнение программы Bootstrap)	Active Configuration File (активный файл конфигурации)	Tables (таблицы маршрутизации, ARP таблицы)	Buffers

После отработки начального загрузчика, IOS загружается в RAM (обычно из flash-памяти), при этом происходит декомпрессия IOS, т.к. хранится во flash он в сжатом виде. Это можно увидеть в листинге, выдаваемом на терминал при загрузке маршрутизатора:

program load complete, entry point: 0x80008000, size: 0x89dcc4
Self decompressing the image : ####### .... [OK]

При загрузке маршрутизатора на терминал выдается информация о величине памяти RAM (ОЗУ) - в данном случае 48 Мб.

Copyright (c) 1999 by cisco Systems, Inc.oC3600 processor with 49152 Kbytes of main memory

По команде show version в листинге можно увидеть такую строку:

cisco 3640 (R4700) processor (revision 0x00) with 36864K/12288K bytes of memory.

Здесь мы видим интересную вещь: RAM делится на две части 36864K/12288K. Последняя цифра - это 25% от полного объема RAM. Эта часть памяти называется пакетной. В ней хранятся пакеты всех существующих интерфейсов перед тем, как их начнет обрабатывать центральный процессор (маршрутизация, трансляция и т.д.). Это значение можно поменять, в Cisco IOS имеется определенный набор значений. При использовании маршрутизатором двух потоков Е1 рекомендуется принять значение пакетной памяти в размере 30% от общего объема RAM. При отключении питания все содержимое RAM теряется.

NVRAM - энергонезависимое ОЗУ. Служит для хранения рабочей конфигурации (startup configuration) и архивной конфигурации (backup configuration). При выключении питания содержимое NVRAM сохраняется. По команде show version можно увидеть объем памяти NVRAM:

125K bytes of non-volatile configuration memory.

Существует еще одна очень интересная команда show file system, позволяющая просмотреть файловую систему маршрутизатора:

File Systems:

     Size(b)     Free(b)      Type  Flags  Prefixes
      129016      126574     nvram     rw   nvram:
           -           -    opaque     rw   null:
           -           -    opaque     rw   system:
           -           -   network     rw   tftp:
*   16777216     7741920     flash     rw   flash:
           -           -     flash     ro   slot0:
           -           -     flash     ro   slot1:
           -           -    opaque     wo   lex:
           -           -    opaque     ro   xmodem:
           -           -    opaque     ro   ymodem:
           -           -   network     rw   rcp:
           -           -   network     rw   pram:
           -           -   network     rw   ftp:

Порядок загрузки Cisco IOS.

Фирмой Cisco Systems разработана очень удобная стратегия загрузки операционной системы IOS, называемая толерантной. Для повышения работоспособности и надежности маршрутизатора администратор может самостоятельно определять порядок загрузки маршрутизатором операционной системы, а так же спланировать пути загрузки IOS при чрезвычайных ситуациях. Таких возможных путей достаточно много: из собственной flash-памяти или из flash-памяти другого доступного по локальной сети маршрутизатора; из внешней flash-памяти, если имеется PCMCIA слот; из локальной сети - с tftp или rcp сервера. В исключительных случаях, когда IOS нигде не обнаружена, есть возможность загрузить операционную систему, находясь в режиме ROM-монитора, этому посвящен целый раздел статьи "Работа в режиме ROM-монитора".

В первую очередь на загрузку IOS оказывает влияние регистр конфигурации (config-register), состоящий из 16 бит, из которых младшие 4 бита (3, 2, 1, 0) образуют поле загрузки. Приведу некоторые его значения:

0x100 - загрузить маршрутизатор в режим ROM-монитора. Этот режим начальной загрузки необходим, если маршрутизатор не может найти образ операционной системы или процесс загрузки был прерван. Более подробно узнать про работу в режиме ROM-монитора, можно в специальной статье - "Работа в режиме ROM-монитора".
0x102-0x10F - загрузка IOS из Flash-памяти.
0x141 - загрузить укороченную версию из ROM (для Cisco 2514).

По умолчанию IOS загружается из Flash-памяти. Но как уже было сказано, администратор может изменить это правило, прописав (в режиме глобальной конфигурации) альтернативные пути загрузки операционной системы IOS, например:

boot system tftp c3640-ds-mz_121-5.bin 10.42.12.3
boot system flash slot0:c3640-ds-mz_121-5.bin
boot system tftp c3640-ds-mz_121-5.bin 10.42.12.13

Из примера видим, что порядок загрузки IOS следующий (первоначальная загрузка из flash при этом игнорируется):

загрузить IOS с tftp сервера;
загрузить IOS из внешней flash-памяти, т.к. имеется PCMCIA слот;
загрузить IOS с tftp сервера, причем tftp сервером в данном случае является маршрутизатор, у которого в конфигурации обязательно должно быть прописано, что он является tftp сервером:

tftp-server slot0:c3640-ds-mz_121-5.bin

Каждая запись boot system в конфигурации создает системную переменную, записываемую в NVRAM и хранящуюся там постоянно. Просмотреть эти переменные можно из режима ROM-монитора командой set (для Cisco 2611 и 3640), выглядит это примерно так:

BOOT=tftp:c3640-ds-mz_121-5.bin 10.42.12.3,12;tftp c3640-ds-mz_121-5.bin 10.42.12.13,5;

Исходя из сказанного, можно сделать вывод, что Bootstrap работает следующим образом: считывает значение регистра конфигурации, если это стандартное значение для загрузки IOS из flash, то из NVRAM берется значение системной переменной, описывающей порядок загрузки и местоположение IOS, определенное администратором.

Главная

Архив статей

Теория, практика, примеры конфигураций

Словарь терминов