对NAT网守默认配置导致的高利用率问题进行故障排除

简介

本文档介绍如何识别和解决路由平台上由于NATed和非NATed流量混合而导致的高QFP使用率。

先决条件 

要求

Cisco 建议您了解以下主题：

• Cisco IOS® XE数据包转发架构的基本知识
• 数据包跟踪功能的基本体验

使用的组件

本文档不限于特定的软件和硬件版本。它适用于任何具有物理/虚拟化高量子流处理器(QFP)的路由Cisco IOS XE平台，如ASR1000、ISR4000、ISR1000、Cat8000或Cat8000v。

本文档基于处于自主模式的Cisco IOS XE设备，SDWAN（控制器）或SD路由可以遵循类似的逻辑，但具体内容可以不同。

本文档中的信息都是基于特定实验室环境中的设备编写的。本文档中使用的所有设备最初均采用原始（默认）配置。如果您的网络处于活动状态，请确保您了解所有命令的潜在影响。

背景信息

当同一接口上同时存在NATed和非NAT流量时，可以在Cisco路由器上观察到Cisco Quantum Flow Processor(QFP)的高利用率和性能问题。这也会导致其他性能问题，例如接口错误或速度缓慢。

注意：QFP位于嵌入式服务处理器(ESP)上，负责所有入站和出站流量的数据平面和数据包处理，这可根据平台进行物理或虚拟化。

症状

从路由器验证并确认这些症状对于识别此行为非常重要：

1. — 高QFP负载警报。当负载超过80%的阈值时，会显示这些警报。

Feb 8 08:02:25.147 mst: %IOSXE_QFP-2-LOAD_EXCEED: Slot: 0, QFP:0, Load 81% exceeds the setting threshold. 
Feb 8 08:04:15.149 mst: %IOSXE_QFP-2-LOAD_RECOVER: Slot: 0, QFP:0, Load 59% recovered.

注意：您还可以运行show platform hardware qfp active datapath utilization summary命令以显示QFP上的负载和流量速率。

Router# show platform hardware qfp active datapath utilization summary
  CPP 0: Subdev 0            5 secs        1 min        5 min       60 min
Input:  Priority (pps)            0            0            0            0
                 (bps)           96           32           32           32
    Non-Priority (pps)       327503       526605       552898       594269
                 (bps)   1225600520   2664222472   2867573720   2960588728
           Total (pps)       327503       526605       552898       594269
                 (bps)   1225600616   2664222504   2867573752   2960588760
Output: Priority (pps)            6            7            7            7
                 (bps)         8576         9992         9320         9344
    Non-Priority (pps)       327715       526839       553128       594506
                 (bps)   1257522072   2714335584   2920005904   3016943800
           Total (pps)       327721       526846       553135       594513
                 (bps)   1257530648   2714345576   2920015224   3016953144
Processing: Load (pct)           99           72           34           19   ​

2. — 接口错误。如果QFP使用率较高，则数据包可能会由于背压而丢弃。在这种情况下，接口上通常会观察到超载和输入丢弃。要显示此信息，可以运行show interfaces命令。

Router# show interface gigabitEthernet 0/0/1
GigabitEthernet0/0/1 is up, line protocol is up
  Hardware is ISR4351-3x1GE, address is e41f.7b59.cba1 (bia e41f.7b59.cba1)
  Description: ### LAN Interface ###
  MTU 1500 bytes, BW 1000000 Kbit/sec, DLY 10 usec,
     reliability 255/255, txload 1/255, rxload 2/255
  Encapsulation 802.1Q Virtual LAN, Vlan ID  1., loopback not set
  Keepalive not supported
  Full Duplex, 1000Mbps, link type is force-up, media type is LX
  output flow-control is on, input flow-control is on
  ARP type: ARPA, ARP Timeout 04:00:00
  Last input 00:00:02, output 00:06:47, output hang never
  Last clearing of "show interface" counters never
  Input queue: 0/375/0/0 (size/max/drops/flushes); Total output drops: 0
  Queueing strategy: fifo
  Output queue: 0/40 (size/max)
  30 second input rate 9390000 bits/sec, 2551 packets/sec
  30 second output rate 1402000 bits/sec, 1323 packets/sec
     368345166434 packets input, 199203081647360 bytes, 0 no buffer
     Received 159964 broadcasts (0 IP multicasts)
     0 runts, 0 giants, 0 throttles
     2884115457 input errors, 0 CRC, 0 frame, 2884115457 overrun, 0 ignored
     0 watchdog, 3691484 multicast, 0 pause input
     220286824008 packets output, 32398293188401 bytes, 0 underruns
     0 output errors, 0 collisions, 4 interface resets
     3682606 unknown protocol drops
     0 babbles, 0 late collision, 0 deferred
     21 lost carrier, 0 no carrier, 0 pause output
     0 output buffer failures, 0 output buffers swapped out 

3. — 在某些情况下，用户可能会抱怨网络速度缓慢。

数据包跟踪功能

数据包跟踪工具可提供有关数据包如何由Cisco IOS XE平台处理的详细信息。它具有3个检测级别，即记帐、摘要和数据路径。检测级别基于debug platform condition状态。

您可以获得如下信息：

注意：配置数据路径会消耗更多的数据包处理资源，这些资源仅反映在与过滤条件匹配的数据包上。

有关数据包跟踪的详细信息，请参阅使用Cisco IOS XE数据路径数据包跟踪功能进行故障排除。

基本数据包跟踪配置

这是具有数据路径级别检测的基本数据包跟踪配置的示例。它以循环方式收集8192个数据包（覆盖旧数据包），从第3层创建每个数据包的副本，该副本到达并离开接口GigabitEthernet 0/0/1。

Router# debug platform packet-trace packet 8192 circular fia-trace data-size 2048
Router# debug platform packet-trace copy packet both L3 size 64
Router# debug platform condition interface gigabitEthernet 0/0/1 both
Router# debug platform condition start
Router# debug platform condition stop

您可以使用这些命令检查数据包跟踪的结果。

Router# show platform packet-trace summary
Router# show platform packet-trace packet all

通过数据包跟踪捕获，您可以看到NAT功能消耗的资源比预期多。在下一个示例中，您可以看到IPV4_NAT_INPUT_FIA功能的失效时间明显大于其他功能的失效时间。此行为通常表示QFP需要更多时间处理此功能，因此，QFP中的更多资源用于NAT。

Packet: 161         CBUG ID: 161
Summary
  Input     : GigabitEthernet0/0/1
  Output    : GigabitEthernet0/0/2.1730
  State     : FWD 
  Timestamp
    Start   : 25136781447706429 ns (02/10/2024 00:25:49.584050 UTC)
    Stop    : 25136781447993237 ns (02/10/2024 00:25:49.584337 UTC)

  Feature: IPV4_NAT_INPUT_FIA   <<<<<<<<<<<<
    Entry       : Input - 0x700162ac
    Input       : GigabitEthernet0/0/1
    Output      : 
    Lapsed time : 1873376 ns     <<<<<<<<<<<<

  Feature: IPV4_INPUT_IPOPTIONS_PROCESS
    Entry       : Input - 0x70016344
    Input       : GigabitEthernet0/0/1
    Output      : GigabitEthernet0/0/2.1730
    Lapsed time : 64 ns 

检查NAT网守

可以使用show platform hardware qfp active feature nat datapath { gatein命令检查NAT网守统计信息 | gateout } 活动。这显示了缓存的大小、命中数、未命中数、已过期、已添加条目和活动条目数。通常，如果存在大量未命中数，并且此数目在短时间内迅速增加，则这表示大量未命名的流未添加到缓存。此行为导致这些流由NAT工作流程中的QFP处理，并且这会提高高QFP利用率。

Router# show platform hardware qfp active feature nat datapath gatein activity  
Gatekeeper on
def mode Size 8192, Hits 191540578459, Miss 3196566091, Aged 1365537 Added 9 Active 7

Router# show platform hardware qfp active feature nat datapath gateout activity  
Gatekeeper on
def mode Size 8192, Hits 448492109001, Miss 53295038401, Aged 149941327 Added 603614728 Active 1899 

解决方法/修复

在大多数环境中，NAT网守功能运行正常，不会导致问题。但是，如果确实遇到此问题，有几种方法可以解决。 

解决方案 1

对于此类问题，Cisco建议将NATed和非NATed流量从同一接口分离。它可用于不同的接口或网络设备。

解决方案 2

增加NAT网守功能上的缓存大小，以减少从网守丢失的数量。 

下一个示例显示如何调整Cisco路由器上的网守。请注意，此值必须以2的幂来表示。否则，该值会自动设置为下一个更小的大小。

Router(config)# ip nat service gatekeeper
Router(config)# ip nat settings gatekeeper-size 65536 

注意：调整缓存大小可能会消耗QFP中的内存，从而优化其使用。尝试逐渐调整此值，以与默认设置最接近的可能值开始。

执行上述解决方案之一后，建议监控这两个参数，以确认问题已解决：

1. — 检验QFP利用率是否已降低。

2. — 确认未命中数不会继续增加。

摘要

当NATed接口上存在非NATed流时，NAT网守功能可以提高路由器的性能。当NAT转换某些NATed流时，同时非NATed流通过同一接口时，通常会发生这种情况。在大多数环境中，NAT Gatekeeper功能不会对路由器造成任何影响。但是，必要时仔细调整该特性以避免副作用，这很重要。

相关信息

• ASR1K NAT间歇性无法转换某些数据包 
• 使用Cisco IOS XE数据路径数据包跟踪功能进行故障排除
• 思科技术支持和下载

修订历史记录

版本	发布日期	备注
3.0	27-Aug-2026	重新认证
2.0	07-Aug-2025	更新的SEO、品牌要求、语法和格式。
1.0	18-Jun-2024	初始版本