Identificar e Solucionar Problemas de Imax de PoE em Switches Catalyst 3650/3850

Introduction

Este documento descreve como solucionar erros Imax de PoE (Power over Ethernet) em switches Catalyst 3650/3850. O PoE é usado pelos switches Catalyst 3650/3850 para fornecer energia a dispositivos externos como Pontos de Acesso Sem Fio (APs - Wireless Access Points), telefones IP e assim por diante através do cabo Ethernet que os conecta ao switch.

O que são erros Imax?

Um erro de Imax ocorre quando uma porta compatível com PoE no switch consome mais energia do que negociada. Quando um dispositivo IEEE Powered (PD) é ativado, ele é classificado em uma classe. Dependendo da classe em que um dispositivo está, é alocada uma certa quantidade de Watts pelo switch que atua como Equipamento de Fonte de Alimentação (PSE - Power Source Equipment). Isso pode ser renegociado posteriormente pelo dispositivo que usa o Cisco Discovery Protocol (CDP) ou o Link Layer Discovery Protocol (LLDP) para solicitar mais ou menos energia. Isto permite orçamentar o poder.

A PD garante que não consome mais energia do que a alocada. O switch controla isso definindo um valor Icutoff. Esse é o valor que é definido no controlador como a marca alta. Quando um dispositivo excede o valor Icutoff, o switch para de fornecer energia e registra um erro Imax indicando que o dispositivo conectado excedeu a potência negociada.

Comparação com dispositivos mais antigos

O Catalyst 3650/3850 utiliza um controlador PoE mais avançado. Quando dispositivos mais antigos, como o Catalyst 3750, não suportam muita granularidade em relação à configuração de valores Icutoff, o Catalyst 3650 e 3850 suportam. Isso frequentemente leva à percepção de que o Catalyst 3650/3850 apresenta problemas que os dispositivos mais antigos não têm. Em quase todos os casos, porém, isto é apenas uma percepção. Os dispositivos mais antigos têm menos granularidade em policiamento de energia e permitem que um PD consuma mais energia do que o negociado. O Catalyst 3650/3850 policia a energia desenhada com mais rigor e, como tal, podem ocorrer erros de Imax no Catalyst 3650/3850, onde uma conexão do mesmo dispositivo a um switch mais antigo não mostraria nenhum problema.

Solucionar Erros Imax

A determinação de quanta potência um PD realmente desenha no campo não é muito fácil. Quando o controlador de energia no switch detecta que há mais energia sendo usada em uma porta, ele desliga a porta e notifica o Cisco IOS^® do fato de que o PD excedeu a potência máxima alocada. No Cisco IOS você pode ver o uso de energia por porta atualmente desenhado com o comando show power inline <interface> detail.

3850_4#sh power inline Te 3/0/44 detail
 Interface: Te3/0/44
 Inline Power Mode: auto
 Operational status: on
 Device Detected: yes
 Device Type: Ieee PD
 IEEE Class: 3
 Discovery mechanism used/configured: Ieee and Cisco
 Police: off
 Power Allocated 
 Admin Value: 60.0
 Power drawn from the source: 15.0
 Power available to the device: 15.0
Actual consumption
 Measured at the port: 6.1
 Maximum Power drawn by the device since powered on: 6.2
 Absent Counter: 0
 Over Current Counter: 0
 Short Current Counter: 0
 Invalid Signature Counter: 0
 Power Denied Counter: 0
 Power Negotiation Used: IEEE 802.3at LLDP
 LLDP Power Negotiation --Sent to PD--      --Rcvd from PD--
   Power Type:          Type 2 PSE           Type 1 PD
   Power Source:        Primary              PSE
   Power Priority:      low                  high
  Requested Power(W):  12.7                 12.7
   Allocated Power(W):  12.7                 12.7
Four-Pair PoE Supported: Yes
Spare Pair Power Enabled: No
Four-Pair PD Architecture: Shared

O valor medido mostrado na porta nesta saída é medido pelo controlador. Essas informações são coletadas a cada poucos segundos e dão alguma indicação sobre a energia consumida. O valor mostrado com a Potência máxima desenhada parece útil para solucionar erros de Imax, mas, infelizmente, essa é apenas uma exibição histórica de qual foi a potência máxima desenhada pelo dispositivo. Se ocorrer um erro de Imax, o Power atraído no momento não será relatado de volta ao Cisco IOS e não será exibido lá.

Como pode ser visto no exemplo, o valor alocado para a porta é 15W. Esse é o valor de corte que é programado na interface. Antes do bug da Cisco ID CSCuy7423, o valor Icutoff é programado regularmente em uma porta. Sempre que um pacote CDP é recebido, o valor será reprogramado. Após o bug da Cisco ID CSCuy74231 (corrigido no Cisco IOS-XE 3.6.5E e 3.7.5 ou posterior), essa programação foi otimizada. Isso reduz a possibilidade de uma "falha" na reprogramação do valor Icutoff que leva a um erro Imax.

A programação do valor de Icutoff pode ser mostrada através de dois comandos. Por meio do rastreamento onde o log pode ser coletado historicamente ou uma depuração pode ser ativada para registrar uma mensagem de depuração quando ela ocorrer. Os comandos para obter isso são:

show mgmt-infra trace message platform-mgr-poe  
     
     
debug platform poe

O comando show trace só pode ser executado se o switch ativo na pilha tiver capacidade para PoE. Caso contrário, esse comando é necessário para primeiro se conectar ao switch membro PoE na pilha para executá-lo:

session switch 
     
     
*May 20 00:34:04.445:CDP-PA: Packet received from AP2 on interface TenGigabitEthernet3/0/44
**Entry  found in cache**
*May 20 00:34:04.445: %IOSXE-7-PLATFORM: MEMBER: 3 process platform_mgr: PoE Info: Dequeued POE SPI msg ver 1 if_id 73003723793629284
 num_ports 1 req_id 650 msg_type 20
*May 20 00:34:04.452: %IOSXE-7-PLATFORM: MEMBER: 3 process platform_mgr: PoE Info: E_ILP_SET_CUTOFF if_id 73003723793629284
*May 20 00:34:04.452: %IOSXE-7-PLATFORM: MEMBER: 3 process platform_mgr: PoE Info:port 44 icutoff power 15000
*May 20 00:34:04.452: %IOSXE-7-PLATFORM: MEMBER: 3 process platform_mgr: PoE Info: re_poe_set_icutoff_current port 44 power 15000
*May 20 00:34:04.452: %IOSXE-7-PLATFORM: MEMBER: 3 process platform_mgr: PoE Info: scale factor 22 for power 15000
*May 20 00:34:04.452: %IOSXE-7-PLATFORM: MEMBER: 3 process platform_mgr: PoE Info: POE_SET_CUTOFF_CURRENT_SCALE_FACTOR sent
 for port 44 (e:11)

Como mencionado anteriormente, é um processo complexo diagnosticar erros Imax. Não há muitas informações registradas no momento em que ocorre um erro de Imax. O controlador desliga a porta e o PD normalmente perderia todos os registros em relação ao que estava fazendo no momento em que ele sacou mais energia do que alocado. A medição da potência desenhada por uma porta no campo não é fácil, mas com a potência estática alocada pode ser feita uma determinação. Atribuindo estaticamente mais potência do que seria solicitada dinamicamente, é possível determinar quanto mais potência a PD desenharia para disparar o limite de Icutoff para ser excedido. Um consumo de energia máximo estático pode ser configurado em uma porta do switch com o comando power inline static max <value>.

3850_4#sh run int te 3/0/44
interface TenGigabitEthernet3/0/44
  power inline static max 20000
end

3850_4#sh power inline te 3/0/44 detail
Interface: Te3/0/44  
Inline Power Mode: static  
Operational status: on  
Device Detected: yes  
Device Type: Ieee PD
IEEE Class: 3  
Discovery mechanism used/configured: Ieee and Cisco  
Police: off
Power Allocated  Admin Value: 20.0  
Power drawn from the source: 20.0
Power available to the device: 20.0

Negociação de energia

Várias classes IEEE têm níveis definidos de uso de energia. A negociação de poderes entre a PD e o PSE é mais profunda, quer com a CDP, quer com a LLDP. A negociação de potência desempenha um papel importante quando você observa erros de Imax. Uma PD solicita a quantidade de energia que lhe deve ser atribuída, mas deve também assegurar que não exceda o valor solicitado.

Classe PSE PD 

Classe 0/Padrão 15,4 W 12,95 W

Classe 1 4,0 W 3,84 W 

Classe 2 7,0W 6,49W

Classe 3 15,4 W 12,95 W

Classe 4 30,0W 25,50W

De acordo com essa tabela, dependendo da classe que está sendo detectada, o Switch (PSE) permite que uma certa potência máxima seja desenhada. É importante observar que o padrão também define a potência que a PD deve ser capaz de consumir. O padrão aloca um orçamento de energia a ser usado pelo cabeamento entre o PSE e a PD. Isso também destaca a importância de saber que tipos de cabos são usados quando você investiga erros de Imax e determina em que circunstâncias eles podem ocorrer mais do que em outros.

Além da classificação, a negociação de potência é concluída com o CDP ou o protocolo LLDP. Isso permite que o switch aloque mais ou menos energia do que a classe definiu como máximo.

Como pode ser visto no próximo exemplo, um PD (Access Point, neste caso) aparece. Antes da negociação de energia ter ocorrido, foi alocado o padrão de 15,4 W definido para a classe.

3850_4#sh cdp neigh te 3/0/44 detail
-------------------------
Device ID: AP2
Entry address(es): 
  IPv6 address: FE80::CEEF:48FF:FEC2:1B9B  (link-local)
Platform: cisco AIR-CAP3501I-E-K9,  Capabilities: Router Trans-Bridge Source-Route-Bridge IGMP 
Interface: TenGigabitEthernet3/0/44,  Port ID (outgoing port): GigabitEthernet0
Holdtime : 163 sec
Version :
Cisco IOS Software, C3500 Software (AP3G1-K9W8-M), Version 15.3(3)JNB3, RELEASE SOFTWARE (fc1)
Technical Support: http://www.cisco.com/techsupport
Copyright (c) 1986-2016 by Cisco Systems, Inc.
Compiled Tue 05-Jan-16 00:44 by prod_rel_team
advertisement version: 2
Duplex: full
Total cdp entries displayed : 1

3850_4#sh power inline te 3/0/44  
Interface Admin  Oper       Power   Device              Class Max
                            (Watts)
--------- ------ ---------- ------- ------------------- ----- ----
Te3/0/44  auto   on         15.4    AIR-CAP3501I-E-K9   3     60.0 

Assim que a negociação de energia aconteceu, o switch aloca menos energia. Para observar, na saída do comando show cdp neig <if> detail estão os vários níveis de potência solicitados. Embora alguns dispositivos possam ter apenas um requisito, há dispositivos que solicitam vários níveis de energia. Os APs, por exemplo, têm a capacidade de ligar ou desligar os rádios se não lhes for concedida energia total. Neste exemplo, o PD solicita 15000 ou 14500 mW.

3850_4#sh cdp neigh te 3/0/44 detail
-------------------------
Device ID: AP2
Entry address(es): 
  IP address: 10.1.200.2
  IPv6 address: FE80::CEEF:48FF:FEC2:1B9B  (link-local)
Platform: cisco AIR-CAP3501I-E-K9,  Capabilities: Trans-Bridge Source-Route-Bridge IGMP 
Interface: TenGigabitEthernet3/0/44,  Port ID (outgoing port): GigabitEthernet0
Holdtime : 172 sec
Version :
Cisco IOS Software, C3500 Software (AP3G1-K9W8-M), Version 15.3(3)JNB3, RELEASE SOFTWARE (fc1)
Technical Support: http://www.cisco.com/techsupport
Copyright (c) 1986-2016 by Cisco Systems, Inc.
Compiled Tue 05-Jan-16 00:44 by prod_rel_team
advertisement version: 2
Duplex: full
Power drawn: 15.000 Watts
Power request id: 15079, Power management id: 2
Power request levels are: 15000 14500 0 0 0 
Management address(es): 
  IP address: 10.1.200.2

3850_4#sh power inline te 3/0/44 detail
 Interface: Te3/0/44
 Inline Power Mode: auto
 Operational status: on
 Device Detected: yes
 Device Type: cisco AIR-CAP3501I-
 IEEE Class: 3
 Discovery mechanism used/configured: Ieee and Cisco
 Police: off
 Power Allocated 
 Admin Value: 60.0
Power drawn from the source: 15.0
 Power available to the device: 15.0
 Actual consumption
 Measured at the port: 6.1
 Maximum Power drawn by the device since powered on: 6.2
 Absent Counter: 0
 Over Current Counter: 0
 Short Current Counter: 0
 Invalid Signature Counter: 0
 Power Denied Counter: 0
 Power Negotiation Used: CDP
 LLDP Power Negotiation --Sent to PD--      --Rcvd from PD--
   Power Type:          -                    -
   Power Source:        -                    -
   Power Priority:      -                    -
   Requested Power(W):  -                    -
   Allocated Power(W):  -                    -
Four-Pair PoE Supported: Yes
Spare Pair Power Enabled: No
Four-Pair PD Architecture: Shared

O uso de LLDP em vez de CDP mostra os mesmos resultados. À medida que o PD é ligado, o dispositivo recebe 15,4 W por completo de acordo com a classe. 

3850_4#sh lldp neighbors te 3/0/44 detail
------------------------------------------------
Local Intf: Te3/0/44
Chassis id: 2c3f.387e.91d0
Port id: Gi0
Port Description: GigabitEthernet0
System Name: AP2.cisco.com
System Description: 
Cisco IOS Software, C3500 Software (AP3G1-K9W8-M), Version 15.3(3)JNB3, RELEASE SOFTWARE (fc1)
Technical Support: http://www.cisco.com/techsupport
Copyright (c) 1986-2016 by Cisco Systems, Inc.
Compiled Tue 05-Jan-16 00:44 by prod_rel_team
Time remaining: 64 seconds
System Capabilities: B
Enabled Capabilities: B
Management Addresses:
    IP: 10.1.200.2
Auto Negotiation - supported, enabled
Physical media capabilities:
    1000baseT(FD)
    1000baseT(HD)
    100base-TX(FD)
    100base-TX(HD)
    10base-T(FD)
    10base-T(HD)
Media Attachment Unit type: 30
Vlan ID: - not advertised 

Total entries displayed: 1 

3850_4#sh power inline te 3/0/44 detail 
 Interface: Te3/0/44
 Inline Power Mode: auto
 Operational status: on
 Device Detected: yes
 Device Type: Ieee PD
 IEEE Class: 3
 Discovery mechanism used/configured: Ieee and Cisco
 Police: off
 Power Allocated 
 Admin Value: 60.0
Power drawn from the source: 15.4
 Power available to the device: 15.4
 Actual consumption
 Measured at the port: 5.2
 Maximum Power drawn by the device since powered on: 5.3
 Absent Counter: 0
 Over Current Counter: 0
 Short Current Counter: 0
 Invalid Signature Counter: 0
 Power Denied Counter: 0
 Power Negotiation Used: None
 LLDP Power Negotiation --Sent to PD--      --Rcvd from PD--
   Power Type:          -                    -
   Power Source:        -                    -
   Power Priority:      -                    -
   Requested Power(W):  -                    -
   Allocated Power(W):  -                    -
Four-Pair PoE Supported: Yes
Spare Pair Power Enabled: No
Four-Pair PD Architecture: N/A

Quando ele é inicializado, a alocação é reduzida.

3850_4#sh lldp neighbors te 3/0/44 detail
------------------------------------------------
Local Intf: Te3/0/44
Chassis id: 2c3f.387e.91d0
Port id: Gi0
Port Description: GigabitEthernet0
System Name: AP2.cisco.com 
System Description:
Cisco IOS Software, C3500 Software (AP3G1-K9W8-M), Version 15.3(3)JNB3, RELEASE SOFTWARE (fc1)
Technical Support: http://www.cisco.com/techsupport
Copyright (c) 1986-2016 by Cisco Systems, Inc.
Compiled Tue 05-Jan-16 00:44 by prod_rel_team
Time remaining: 108 seconds
System Capabilities: B
Enabled Capabilities: B
Management Addresses:
    IP: 10.1.200.2
Auto Negotiation - supported, enabled
Physical media capabilities:
    1000baseT(FD)
    1000baseT(HD)
    100base-TX(FD)
    100base-TX(HD)
    10base-T(FD)
    10base-T(HD)
Media Attachment Unit type: 30
Vlan ID: - not advertised
PoE+ Power-via-MDI TLV:
 Power Pair: Signal
Power Class: Class 3
 Power Device Type: Type 1 PD
 Power Source: PSE
 Power Priority: high
 Power Requested: 12700 mW
 Power Allocated: 12700 mW
Total entries displayed: 1

3850_4#sh power inline te 3/0/44 detail
 Interface: Te3/0/44
 Inline Power Mode: auto
 Operational status: on
 Device Detected: yes
 Device Type: Ieee PD
 IEEE Class: 3
 Discovery mechanism used/configured: Ieee and Cisco
 Police: off
 Power Allocated 
 Admin Value: 60.0
 Power drawn from the source: 15.0
 Power available to the device: 15.0
 Actual consumption
 Measured at the port: 6.1
 Maximum Power drawn by the device since powered on: 6.2
 Absent Counter: 0
 Over Current Counter: 0
 Short Current Counter: 0
 Invalid Signature Counter: 0
 Power Denied Counter: 0
 Power Negotiation Used: IEEE 802.3at LLDP
 LLDP Power Negotiation --Sent to PD--      --Rcvd from PD--
   Power Type:          Type 2 PSE           Type 1 PD
   Power Source:        Primary              PSE
   Power Priority:      low                  high
  Requested Power(W):  12.7                 12.7
   Allocated Power(W):  12.7                 12.7
Four-Pair PoE Supported: Yes
Spare Pair Power Enabled: No
Four-Pair PD Architecture: Share

A saída do comando show power inline <interface> detail mostra mais informações em relação à negociação que está sendo feita do que a mostrada pelo CDP. Há também uma outra grande diferença entre o CDP e o LLDP em relação à negociação de energia. O CDP negocia a quantidade de energia fornecida na porta (15W). No entanto, com o LLDP, você vê que o PD não negocia a energia que a porta deve fornecer. Requer a quantidade de poder que a polícia deseja ter. Nesse caso, é 12,7 W. O switch (PSE) deve compensar a perda no cabeamento e aloca 15W à porta. Como a negociação de energia ocorre, também é importante determinar qual era a potência solicitada no momento da falha. O conhecimento de quanto tempo o dispositivo estava ativo e quais eventos podem ter ocorrido no momento do erro pode fornecer mais detalhes sobre a causa raiz. Por exemplo, um telefone IP que sai do modo de espera e liga completamente sua tela pode, momentaneamente, gerar mais energia.

Summary

Para erros de Imax, é difícil determinar a causa exata. Em quase todos os casos, trata-se de um problema com a PD a obter mais potência e o vendedor da PD tem de estar envolvido para investigar por que razão excede a potência que negociou com o comutador.

Também é crucial investigar o tipo e o comprimento do cabeamento, já que isso altera as características elétricas e influencia a quantidade de energia consumida na porta. Também é importante investigar a negociação de energia e confirmar que a energia solicitada por um dispositivo também é a quantidade de energia alocada. No caso do LLDP, é necessário um orçamento adicional para o cabeamento entre PD e PSE. Em alguns casos, com o uso de energia alocada estaticamente, é possível contornar erros de Imax e/ou determinar a quantidade de energia que o dispositivo consome em uma porta. A confirmação de que a PD descarta a quantidade de potência que lhe é atribuída só pode ser obtida com dispositivos de medição e ensaio de potência.

Nas versões 3.6.5 e 3.7.5 do Cisco IOS-XE e posteriores, algumas melhorias foram feitas em relação aos erros de Imax:

• A quantidade de reprogramação do valor Icutoff para a porta foi reduzida.
• A tolerância na porta para a sobrecarga de energia foi aumentada, o que em alguns casos pode ser suficiente para evitar um erro Imax.
• Alguns cenários de casos de canto foram resolvidos onde um erro de Imax pode ter ocorrido como um alarme falso.