Risoluzione dei problemi di intermittenza di IOS-XE NAT per la conversione dei pacchetti

Introduzione

Questo documento descrive i pacchetti non tradotti che ignorano NAT su un router Cisco IOS XE, causando potenzialmente un errore di traffico.

Premesse

Nella versione software 12.2(33)XND, è stata introdotta e abilitata per impostazione predefinita una funzionalità denominata Gatekeeper NAT (Network Address Translation). Il Gatekeeper NAT è stato progettato per impedire che flussi non NAT utilizzino una CPU eccessiva per creare una traduzione NAT. A tale scopo, vengono create due piccole cache (una per la direzione in2out e una per la direzione out2in) in base all'indirizzo di origine. Ogni voce della cache è composta da un indirizzo di origine, un ID VRF (virtual routing and forwarding), un valore del timer (usato per invalidare la voce dopo 10 secondi) e un contatore di frame. La tabella contiene 256 voci che costituiscono la cache. Se sono presenti più flussi di traffico dallo stesso indirizzo di origine dove alcuni pacchetti richiedono il protocollo NAT e alcuni no, i pacchetti potrebbero non essere NAT-ed e inviati tramite il router non tradotti. Cisco consiglia ai clienti di evitare di avere flussi NAT-ed e non NAT-ed sulla stessa interfaccia, quando possibile.

Nota: Questo problema non è correlato a H.323.

Piattaforme interessate

• ISR1K
• ISR4K
• ASR1K
• C8200
• C8300
• C8500

Dimostrazione di NAT ignorato

In questa sezione viene descritto come ignorare NAT a causa della funzionalità Gatekeeper NAT. Esaminate il diagramma in dettaglio. Si può vedere che ci sono un router di origine, un firewall di ASA (Adaptive Security Appliance), l'ASR1K e il router di destinazione.

Flussi di traffico verso destinazioni non NAT

1. Il ping viene avviato dall'origine: Fonte: 172.17.250.201 Destinazione: 198.51.100.11 .
2. Il pacchetto arriva all'interfaccia interna dell'appliance ASA, che esegue la conversione dell'indirizzo di origine. Il pacchetto ora ha l'origine: 203.0.113.231 Destinazione: 198.51.100.11 .
3. Il pacchetto arriva all'ASR1K sul NAT dall'esterno all'interfaccia interna. La traduzione NAT non trova alcuna traduzione per l'indirizzo di destinazione e quindi la cache di uscita del gatekeeper viene popolata con l'indirizzo di origine 203.0.113.231.
4. Il pacchetto arriva alla destinazione. La destinazione accetta il pacchetto Internet Control Message Protocol (ICMP) e restituisce una risposta ECHO ICMP. Il ping ha esito positivo.

Il traffico proveniente dalla stessa origine tenta di inviare la destinazione NAT

1. .Ping viene avviato dall'origine: Fonte: 172.17.250.201 Destinazione: 198.51.100.9 .
2. Il pacchetto arriva all'interfaccia interna dell'appliance ASA, che esegue la conversione dell'indirizzo di origine. Il pacchetto ora ha l'origine: 203.0.113.231 Destinazione: 198.51.100.9 .
3. Il pacchetto arriva all'ASR1K sul NAT dall'esterno all'interfaccia interna. NAT cerca prima una traduzione per l'origine e la destinazione. Poiché non la trova, controlla la cache di uscita del gatekeeper e trova l'indirizzo di origine 203.0.113.231. (erroneamente) presume che il pacchetto non debba essere tradotto e inoltra il pacchetto se esiste un percorso per la destinazione o lo scarta. In entrambi i casi, il pacchetto non raggiunge la destinazione prevista.

Ripristino del traffico NAT

1. Dopo 10 secondi, la voce dell'indirizzo di origine 203.0.113.231 si è esaurita nella cache di uscita del gatekeeper.

   Nota: La voce è ancora fisicamente presente nella cache, ma poiché è scaduta non viene utilizzata.

2. Ora, se la stessa origine 172.17.250.201 invia alla destinazione NAT 198.51.100.9. Quando il pacchetto arriva all'interfaccia out2in sull'ASR1K, non viene trovata alcuna traduzione. Quando si controlla la cache di uscita del gatekeeper, non è possibile trovare una voce attiva, quindi si crea la traduzione per la destinazione e il flusso dei pacchetti come previsto.
3. Il traffico in questo flusso continua finché le traduzioni non scadono a causa di inattività. Se, nel frattempo, l'origine invia nuovamente il traffico a una destinazione non NAT, causando l'inserimento di un'altra voce nel gatekeeper al di fuori della cache, il traffico non influisce sulle sessioni stabilite, ma vi è un periodo di 10 secondi in cui le nuove sessioni dalla stessa origine alle destinazioni NAT hanno esito negativo.

   

Esempio del problema

1. Il ping viene avviato dal router di origine: Fonte: 172.17.250.201 Destinazione: 198.51.100.9. Il comando ping viene emesso con un conteggio di ripetizioni pari a due, sopra e sopra [FLOW1].
2. Eseguire il ping su una destinazione diversa non NAT-ed da ASR1K: Fonte: 172.17.250.201 Destinazione:198.51.100.11 [FLOW2]. 
3. Invia altri pacchetti a 198.51.100.9 [FLOW1]. I primi pacchetti di questo flusso ignorano NAT come mostrato dalla corrispondenza dell'elenco degli accessi sul router di destinazione. 

source#ping 198.51.100.9 source lo1 rep 2

Type escape sequence to abort.
Sending 2, 100-byte ICMP Echos to 198.51.100.9, timeout is 2 seconds:
Packet sent with a source address of 172.17.250.201 
!!
Success rate is 100 percent (2/2), round-trip min/avg/max = 1/1/1 ms
source#ping 198.51.100.9 source lo1 rep 2

Type escape sequence to abort.
Sending 2, 100-byte ICMP Echos to 198.51.100.9, timeout is 2 seconds:
Packet sent with a source address of 172.17.250.201 
!!
Success rate is 100 percent (2/2), round-trip min/avg/max = 1/1/1 ms
source#ping 198.51.100.11 source lo1 rep 200000

Type escape sequence to abort.
Sending 200000, 100-byte ICMP Echos to 198.51.100.11, timeout is 2 seconds:
Packet sent with a source address of 172.17.250.201 
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!.
Success rate is 99 percent (3007/3008), round-trip min/avg/max = 1/1/16 ms
source#ping 198.51.100.9 source lo1 rep 10  

Type escape sequence to abort.
Sending 10, 100-byte ICMP Echos to 198.51.100.9, timeout is 2 seconds:
Packet sent with a source address of 172.17.250.201 
...!!!!!!!
Success rate is 70 percent (7/10), round-trip min/avg/max = 1/1/1 ms
source#

La corrispondenza ACL sul router di destinazione mostra i tre pacchetti che non sono stati convertiti:

Router2#show access-list 199
Extended IP access list 199
    10 permit udp host 172.17.250.201 host 198.51.100.9
    20 permit udp host 172.17.250.201 host 10.212.26.73
    30 permit udp host 203.0.113.231 host 198.51.100.9
    40 permit udp host 203.0.113.231 host 10.212.26.73 (4 matches)
    50 permit icmp host 172.17.250.201 host 198.51.100.9
    60 permit icmp host 172.17.250.201 host 10.212.26.73
    70 permit icmp host 203.0.113.231 host 198.51.100.9 (3 matches) <<<<<<<
    80 permit icmp host 203.0.113.231 host 10.212.26.73 (42 matches)
    90 permit udp any any log (2 matches)
    100 permit icmp any any log (4193 matches)
    110 permit ip any any (5 matches)
Router2#

Sull'ASR1K, è possibile controllare le voci della cache del gatekeeper:

PRIMARY#show platform hardware qfp active feature nat datapath gatein
Gatekeeper on
sip 203.0.113.231 vrf 0 cnt 1 ts 0x17ba3f idx 74
sip 10.203.249.226 vrf 0 cnt 0 ts 0x36bab6 idx 218
sip 10.203.249.221 vrf 0 cnt 1 ts 0x367ab4 idx 229

PRIMARY#show platform hardware qfp active feature nat datapath gateout
Gatekeeper on
sip 198.51.100.11 vrf 0 cnt 1 ts 0x36db07 idx 60
sip 10.203.249.225 vrf 0 cnt 0 ts 0x36bb7a idx 217
sip 10.203.249.222 vrf 0 cnt 1 ts 0x367b7c idx 230

Soluzione/correzione

Nella maggior parte degli ambienti, la funzionalità NAT gatekeeper funziona correttamente e non causa problemi. Tuttavia, se si incontra questo problema, ci sono alcuni modi per risolverlo. 

Soluzione 1

L'opzione preferibile sarebbe quella di aggiornare Cisco IOS^® XE a una versione che includa il miglioramento gatekeeper:

ID bug Cisco CSCun06260 XE3.13 Protezione avanzata Gatekeeper

Questo miglioramento consente al gatekeeper NAT di memorizzare nella cache gli indirizzi di origine e di destinazione, oltre a rendere configurabili le dimensioni della cache. Per attivare la modalità estesa, è necessario aumentare le dimensioni della cache con questi comandi. È inoltre possibile monitorare la cache per verificare se è necessario aumentare le dimensioni.

PRIMARY(config)#ip nat settings gatekeeper-size 1024 
PRIMARY(config)#end

La modalità estesa può essere verificata selezionando i seguenti comandi:

PRIMARY#show platform hardware qfp active feature nat datapath gatein
Gatekeeper on
sip 10.203.249.221 dip 10.203.249.222 vrf 0 ts 0x5c437 idx 631

PRIMARY#show platform hardware qfp active feature nat datapath gateout
Gatekeeper on
sip 10.203.249.225 dip 10.203.249.226 vrf 0 ts 0x5eddf idx 631

PRIMARY#show platform hardware qfp active feature nat datapath gatein active
Gatekeeper on
ext mode Size 1024, Hits 2, Miss 4, Aged 0 Added 4 Active 1

PRIMARY#show platform hardware qfp active feature nat datapath gateout active
Gatekeeper on
ext mode Size 1024, Hits 0, Miss 1, Aged 1 Added 2 Active 0

Soluzione 2

Per le versioni che non dispongono della funzione di correzione per il bug Cisco con ID CSCun06260, l'unica opzione è disattivare la funzione gatekeeper. L'unico impatto negativo è una leggera riduzione delle prestazioni per il traffico non NAT e un maggiore utilizzo della CPU sul Quantum Flow Processor (QFP).

PRIMARY(config)#no ip nat service gatekeeper
PRIMARY(config)#end
PRIMARY#PRIMARY#Sh platform hardware qfp active feature nat datapath gatein
Gatekeeper off

PRIMARY#

L'utilizzo di QFP può essere monitorato con i seguenti comandi:

show platform hardware qfp active data utilization summary
show platform hardware qfp active data utilization qfp 0

Soluzione 3

Flussi di traffico separati in modo che i pacchetti NAT e non NAT non arrivino sulla stessa interfaccia.

Riepilogo

Il comando NAT Gatekeeper è stato introdotto per migliorare le prestazioni del router per i flussi non NAT. In alcune condizioni, questa funzione può causare problemi quando una combinazione di pacchetti NAT e non NAT arriva dalla stessa origine. La soluzione è usare la funzionalità gatekeeper avanzata, o se ciò non è possibile, disabilitare la funzione gatekeeper.

Riferimenti

Modifiche software che hanno consentito di disattivare il gatekeeper:

• ID bug Cisco CSCty67184: ASR1k NAT CLI - Gatekeeper On/Off
• ID bug Cisco CSCth23984: Funzionalità cli aggiuntiva per attivare/disattivare la funzionalità gatekeeper nat

 Miglioramento NAT Gatekeeper:

• ID bug Cisco CSCun06260: XE3.13 Protezione avanzata gatekeeper