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流量混合导致的高量子流处理器(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，但具体内容可能会有所不同。
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，可以在思科路由器上发现思科量子流处理器(QFP)上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
- 数据包跟踪工具提供有关Cisco IOS XE平台如何处理数据包的详细信息。
- 它有3个检测级别,即accounting、summary和data path，检测级别基于debug platform condition state。
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。
有关使用Cisco IOS XE数据路径数据包跟踪功能进行故障排除中的数据包跟踪的详细信息
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
什么是NAT网守
在Cisco IOS XE路由平台中，默认启用网络地址转换(NAT)网守功能。NAT网守最初是为了防止非NAT处理的流使用过多的处理资源来创建NAT转换而创建的。NAT网守根据源地址为内部到外部方向和其他方向创建两个小缓存。每个缓存条目都包含一个源地址、一个虚拟路由和转发(VRF)ID、一个计时器值（用于使条目失效）和一个帧计数器。
NATed接口上的大量非NATed流量会消耗大量资源，并导致QFP使用率峰值。Cisco建议客户不要尽可能在同一接口上使用NAT-ed和非NAT-ed流。
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：
- 检验QFP利用率是否已降低。
- 验证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。
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