在ACI中配置以太网供电并排除故障

简介

本文档介绍POE并介绍ACI中PoE的验证和故障排除。 

什么是以太网供电(POE)

以太网供电是通过以太网电缆传输电力和网络数据的技术。借助PoE，交换机的每个以太网接口都可以为互联网协议语音(VoIP)电话、互联网协议摄像头（IP摄像头）或安全摄像头以及无线接入点(AP)等设备供电。 PoE设备（例如提供电源的交换机）称为电源设备(PSE)。 提供的电源采用直流(DC)形式。IP电话或接入点等正在供电的设备称为用电设备(PD)。

目前，支持PoE的架顶式交换机(TOR)是N9K-C9358GY-FXP、N9K-C9348GC-FXP和N9K-C93108TC-FX3P。POE支持不同的功率级别，如802.3af/at，最大功率可达30W。

PoE的工作原理

以太网供电(PoE)的工作原理是通过标准以太网电缆（通常为Cat5e或Cat6）传输电能和数据信号。PoE功能的核心是电源设备(PSE)，它可以是支持PoE的网络交换机或馈电器。当与Poe兼容的用电设备(PD)（例如无线接入点或IP摄像头）连接到网络时，PSE会检测其是否存在。此检测会触发PSE和PD之间的协商过程，在此过程中，PSE和PD进行通信以确定电源需求和功能。然后，PSE将低压DC电流注入以太网电缆，从而向PD供电。此电源通过以太网电缆中未使用的线对传输，通常是8线电缆中的引脚4/5和7/8，而数据信号通过其他线对传输。该PD接收该电源，并利用该电源进行操作，而不需要单独的电源。PoE标准(例如IEEE 802.3af、802.3at(PoE+)和802.3bt(PoE++))指定了可通过以太网电缆提供的最大功率电平，较新的标准支持对具有更高功率需求的设备提出更高功率要求。

负责PoE操作的不同软件模块

• PoE守护程序(SUP):守护程序位于交换机的监控(SUP)端，是PoE操作的核心
• PoE美元(LC):位于线卡(LC)站点的设备驱动程序(USD)更靠近硬件层或PoE控制器。它充当守护程序和控制器之间的管道，随着我们向前发展，它负责所有控制器或硬件级别的操作
• 链路层发现协议(LLDP)和思科发现协议(CDP)用于电源协商：为了协商和调整功率，我们使用LLDP和CDP。一旦为设备启用电源，如果设备具有支持LLDP和CDP扩展电源TLV(Type-Length Values)的功能，则可以使用这些协议进行电源协商调整。我们还对支持PoE节点策略和接口策略的策略元素进行了更改，以启用此功能
• 应用策略基础设施控制器(APIC)GUI/CLI，具有用于配置的具象状态传输应用编程接口(REST API)集成

以太网供电(PoE)的系统流程

• 为了简化流程并减少交换机上的负载，典型的系统流程涉及守护程序通过USD与PoE硬件通信
• 托管对象(MO)处理通过APIC完成，并且存在与LLDP和CDP的交互
• 最后，PoE端点是LLDP和CDP之间交换信息的位置

PoE — 用电设备(PD)检测

• PoE守护程序通过激活对Titanium PoE控制器硬件和Portola USD PoE控制器硬件的检测来触发对启用PoE的端口的PD检测Portola USD检测准标准Cisco PD，而Titanium控制器检测符合IEEE的PD
• 当Portola USD检测到PD时，它通过服务器发送事件(SSE)调用通知PoE守护进程。USD将检测设置为连续模式并发送特定的 

  快速链路脉冲(FLP)，检查同一FLP是否返回。如果返回同一FLP，它会生成一个返回到USD的DPMSTAT更改中断，以通知PD的检测。然后，物理层(PHY)继续执行自动协商以启用链路

• 如果未检测到受电设备(PD)，系统将尝试通过自动协商建立链路。如果没有PD连接且链路打开，则通常会在另一端是常规网络接口卡(NIC)时生成链路连接中断
• 如果以太网供电(PoE)后台守护程序在PoEUSD的任何检测事件之前收到连接事件，它会对USD发出SSE呼叫来停止两种类型的检测
• 如果PoE守护程序从PoE USD收到检测事件，它会假设PD符合IEEE标准，并使用类信息来决定为PD供电。它还停止思科PD检测
• 如果PoE守护程序从USD收到检测事件，它会停止PoE控制器的检测。PoE守护程序检查电源是否可用，并相应地直接通知PoE USD启用端口电源
• 任一种PD的断开由PoE控制器根据端口的电流来完成。在PD断开连接时，两种检测形式都会重新开始

配置:

使用APIC GUI配置POE。

要配置，请执行以下操作：

步骤1.登录到Cisco APIC GUI。

步骤2.在菜单栏上，导航到Fabric —> Access Policies—>Policy—>InterfacePOE

VLAN、EPG、最大功率相关配置可以在此页面上定义

步骤3.在菜单栏上，导航到Access Policies—>Interface—>Policy Group—>Leaf Access Port

我们配置接口策略组(IPG)，在此组下关联我们在之前步骤中创建的POE接口策略。

第4步：在菜单栏上，导航到Access Policies—>Policies—>Switch—>POE Node

此处我们必须定义POE节点策略

验证与故障排除:

以太网供电端口状态

如果您在交换机端口上启用了以太网供电(PoE)，则可以看到该端口的下方PoE状态之一

• 开：在端口上启用PoE，并且提供的电源来自电源。然后向PoE供电设备(PD)提供所输送的电源
• Pwr-deny:在端口上启用PoE，但由于用户配置限制或电源设备(PSE)的功率容量不足，无法供电
• Faulty：端口遇到故障情况。有故障的PoE端口状态可以自行解决，或者需要用户干预来纠正问题。如果出现可恢复的错误，交换机上的PoE后台程序可以根据配置、设备类别和已安装的功率容量恢复和重新接通电源。如果遇到可恢复的错误，可以尝试更改端口的管理状态、更改与PoE相关的接口配置，或者插入和删除(OIR)PD以使端口脱离错误状态

    如果出现不可恢复的错误，交换机上的PoE守护程序会关闭端口的电源

• 关：端口禁用PoE，并且端口用作典型数据端口

这些状态可以在内联电源中验证，详细信息将在验证中提及。

通过CLI进行POE验证

我们使用Cisco CP-8841进行验证和故障排除，该端口是枝叶上的连接端口Eth 1/7

枝叶: 

要确认枝叶上的接口状态，请执行以下操作：

1) Leaf# show interface ethernet 1/7 status

------------------------------------------------------------------------------------------------

 Port           Name                Status     Vlan       Duplex   Speed    Type               

------------------------------------------------------------------------------------------------

 Eth1/7         --                  connected  trunk      full     1G       1g     

要确认POE和瓦特可用或已提供的状态，我们检查内联电源：

2) Leaf#show power inline

Module Available  Used    Remaining

       (Watts)   (Watts)   (Watts)

------ ---------  ------  ---------

1      305.0      7.4     297.6    




Interface   Admin  Oper        Supplied  Delivered Device               IEEE  Max 

                               (Watts)   (Watts)                        Class     

---------   -----  ----        --------  --------- ------               ----- --- 

Eth1/7      auto   on          7.4       6.5       Cisco IP Phone 8841  2     30.0    




If we need to check power inline for specific interface we mention the interface:




Leaf# show power inline ethernet 1/7




Interface   Admin  Oper     Supplied  Delivered Device               IEEE  Max 

                            (Watts)   (Watts)                        Class     

---------   -----  ----     --------  --------- ------               ----- --- 

Eth1/7      auto   on       7.4       6.5       Cisco IP Phone 8841  2     30.0


Interface   AdminPowerMax  AdminConsumption

            (Watts)        (Watts)         

---------   -------------  ----------------

Eth1/7      30.0           3.9             

要检查状态和内部PoE详细信息，请执行以下操作：

3 ) Leaf# show system internal poe info ethernet 1/7

Interface name        :   Eth1/7

Interface mode        :   auto

Interface Priority    :   low

PD description        :   Cisco IP Phone 8841

Policer action        :   error disable

Max power             :   30.0

Default power         :   4.0

PS supplied power     :   7.4

PD Base power         :   7.0

Port delivered power  :   6.5

Port consumption pwr  :   3.9

Max drawn power       :   5.1

Policer measured pwr  :   0.0

PD Class              :   IEEE 2

PD Discovery mode     :   IEEE

PD Detection status   :   Delivering    <<<<<

Num violations        :   0

要检查详细消耗量，请执行以下操作：

4) Leaf# show power inline consumption

Interface            Consumption  Admin              

                     Configured   Consumption (Watts)

----------           -----------  -------------------

Eth1/1               NO           15.4               

Eth1/2               NO           15.4               

Eth1/3               NO           15.4               

Eth1/4               NO           15.4               

Eth1/5               NO           15.4               

Eth1/6               NO           15.4               

Eth1/7               YES          4.0                    <<<<<

Eth1/8               NO           15.4            

检查特定接口相关的PoE事件历史记录日志

5) Leaf# vsh -c "show system internal poe event-history interface ethernet 1/7"

FSM: <Ethernet1/7> has 4 logged transitions<<<<<

1.FSM:<Ethernet1/7> Transition at 2024-04-19T12:15:46.549+00:00T12:48:38.767242000+00:00

Previous state: [PORT_ST_POE_SHUT]

Triggered event: [POE_PORT_EV_START_DETECTION]

Next state: [PORT_ST_POE_DETECTING]  <-- Initial Status

2.FSM:<Ethernet1/7> Transition at 2024-04-19T12:15:46.549+00:00T12:50:03.337279000+00:00

Previous state: [PORT_ST_POE_DETECTING]

Triggered event: [POE_PORT_EV_START_DETECTION]

Next state: [No transition found]


3.FSM:<Ethernet1/7> Transition at 2024-04-19T12:16:53.135561000+00:00

Previous state: [PORT_ST_POE_DETECTING]

Triggered event: [POE_PORT_EV_LINK_UP]

Next state: [PORT_ST_POE_SHUT]


4.FSM:<Ethernet1/7> Transition at 2024-04-19T12:16:53.034089000+00:00

Previous state: [PORT_ST_POE_SHUT]

Triggered event: [POE_PORT_EV_LINK_DOWN]       <--Eth1/7 goes down, no further changes on the poe status

Next state: [FSM_ST_NO_CHANGE]

Curr state: [PORT_ST_POE_DETECTING]  <--Last poe State seen in the Port

使用MO验证

1) Leaf# moquery -c poeInst

Total Objects shown: 1

# poe.Inst

adminSt      : enabled

childAction  :

consumption  : 4000

ctrl         :

dn           : sys/poe/inst

lcOwn        : local

modTs        : 2024-04-19T12:11:46.549+00:00

monPolDn     : uni/infra/moninfra-default

name         :

operErr      :

pwrCtrl      :

rn           : inst

status       :

totalAvail   : 305000

totalFree    : 297565

2) Leaf# moquery -c poeIf

Total Objects shown: 1

# poe.If

id                       : eth1/7

absentCounter            : 1

adminSt                  : enabled

childAction              :

consumption              : 4000

cutoffPower              : 7955

deliveredPower           : 6543

descr                    :

devClass                 : IEEE PD - Class 2

devName                  : Cisco IP Phone 8841

dn                       : sys/poe/inst/if-[eth1/7]

faultStatus              : on

invalidSignatureCounter  : 0

lcOwn                    : local

max                      : 30000

modTs                    : 2024-04-19T12:09:04.695+00:00

mode                     : auto

monPolDn                 : uni/infra/moninfra-default

name                     : Hub_POE

operSt                   : on

overloadCounter          : 0

poeEpg                   : uni/tn-HUB/ap-Hub_Anp/epg-Hub_EPG1

poeVoiceVlan             : vlan-150

policeAct                : err-dis

policeSt                 : na

policingPower            : 7000

portConsumption          : 0

portPriority             : 0

powerDeniedCounter       : 2

prioHigh                 : no

rn                       : if-[eth1/7]

shortCounter             : 0

status                   :

suppliedPower            : 7435

used                     : 7435

3) Leaf# moquery -c poemodule

Total Objects shown: 1

# poe.Module

mac          : 30:30:3A:30:30:3A

vlan         : vlan-150

childAction  :

dn           : sys/poe/inst/if-[eth1/7]/mac-30:30:3A:30:30:3A-[vlan-150]

epg          : uni/tn-HUB/ap-Hub_Anp/epg-Hub_EPG1

id           : eth1/7

modTs        : never

rn           : mac-30:30:3A:30:30:3A-[vlan-150]

status       :

vlanType     : access

4) Leaf# moquery -c poeModuleVDAEp

Total Objects shown: 1

# poe.VDAEp

mac          : 30:30:3A:30:30:3A

vlan         : vlan-150

epg          : uni/tn-HUB/ap-Hub_Anp/epg-Hub_EPG1

childAction  :

dn           : sys/poe/inst/if-[eth1/7]/vdaep-30:30:3A:30:30:3A-[vlan-150]-[uni/tn-HUB/ap-Hub_Anp/epg-Hub_EPG1]

id           : unspecified

lcOwn        : local

modTs        : 2024-04-19T12:09:05.478+00:00

monPolDn     : uni/infra/moninfra-default

rn           : vdaep-30:30:3A:30:30:3A-[vlan-150]-[uni/tn-HUB/ap-Hub_Anp/epg-Hub_EPG1]

status       :

vlanType     : access

常见故障排除指南

验证环境条件和症状

• 相关受电设备 (PD) 是从未通电，还是短暂通电后断电？
• 问题是在初始安装期间出现的，还是在受电设备正常工作后开始的？
• 如果问题是在受电设备工作后才出现的，那么此前发生了什么变化？是否有任何硬件或软件的更改？环境方面是否发生了任何变化（温度、湿度、气流等）？电气方面是否发生了任何变化（维护、中断、干扰等）？
• 出现问题时，本地网络是否发生了什么异常？使用APIC控制面板查看故障和事件。如果是，它是否与该本地网络的特定问题有关？
• 问题是否发生在白天或晚上的特定时间？如果是，在该特定时间/日期是否存在任何已知的环境/电气变化？
• 是否同时注意到任何网络事件？流量泛洪、风暴、环路、网络拥塞增加、高于正常水平的资源利用率（CPU 和接口等）可能会导致 PD 与另一个网络元素之间的连接暂时中断，从而可能导致 PD 重新启动。

验证受电设备和交换机的具体信息

• 各交换机上的电源是否有足够的线内电源？
• 交换机的所有端口是否不提供PoE，还是仅提供少量？
• 同一交换机上不同PoE控制器上的端口如何？
• 是否只有新连接的端口不提供PoE，并且已连接的端口在同一交换机上运行是否正常？ 
• 如果同一交换机上已连接的端口之一（PoE状态正常）被退回（关闭/不关闭），PoE功能会中断还是继续正常工作？
• 数据连接是否受到影响？亦或是只有 PoE 功能出现了问题？
• 问题是否仅限于一种类型/型号的 PD？

完成一般故障排除后，请继续执行以下步骤：

步骤1.验证供电设备是否在其他端口上正常工作，并且问题仅出现在一个端口上

步骤2.使用show interface status命令验证端口未停止服务或处于“Err-disabled”状态

步骤3.使用show power inline interface-id命令验证端口上未配置电源内联“never”。

步骤4.检验从电话到交换机端口的以太网电缆是否良好。将已知良好的非PoE以太网设备连接到以太网电缆，并确保它建立链路并与另一台主机交换流量

步骤5.确保从交换机前面板到所连接设备（用电设备）的电缆总长度不超过100米

步骤6.从交换机端口断开以太网电缆。使用短以太网电缆将已知良好的以太网设备连接到此交换机端口（不在配线面板上）。 检验设备是否建立了以太网链路并与另一台主机交换流量。接下来，将用电设备连接到此端口，并验证它是否通电。如果它不通电

步骤7.使用show power inline和show power inline detail命令将已连接用电设备的数量与交换机电源预算（可用PoE）进行比较。 验证交换机功率预算是否能够为设备供电

日志和日志位置

当常规故障排除步骤不起作用时，我们必须通过后续步骤将问题与ACI日志隔离：

poed_usd.log:  此日志文件对于监控设备之间的交互（尤其是PD）是必不可少的。它主要记录负责与PD设备连接的初始硬件层（称为USD）。当排除端口特定问题或验证与电源设备的初始交互时，请参阅此日志。通过检查“poed_usd.log”文件中的条目，我们可以确认硬件层和PD设备之间是否发生了预期的一级交互。

poed.log：此日志文件包含以太网供电(PoE)后台守护程序生成的日志，该后台守护程序在ACI环境中不同进程之间的交互过程中起着至关重要的作用。此守护程序可促进与CDP、LLDP和APIC等基本进程的通信。因此，当需要检查PoE守护进程与其他进程之间的无缝交互时，请参考这些日志。

可以在枝叶的位置“/var/log/dme/log”中找到日志。