對由BGP掃描程式或路由器進程引起的高CPU問題進行故障排除

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已更新: 2022 年 7 月 18 日

文件 ID:107615

無偏見用語

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關於此翻譯

思科已使用電腦和人工技術翻譯本文件，讓全世界的使用者能夠以自己的語言理解支援內容。請注意，即使是最佳機器翻譯，也不如專業譯者翻譯的內容準確。Cisco Systems, Inc. 對這些翻譯的準確度概不負責，並建議一律查看原始英文文件（提供連結）。

簡介

本文說明如何使用BGP掃描器或路由器時，對CPU讀數偏高的原因進行疑難排解。

必要條件

需求

本文檔需要瞭解如何解釋show process cpu命令。

採用元件

本檔案中的資訊是根據Cisco IOS®軟體版本12.0。

本文中的資訊是根據特定實驗室環境內的裝置所建立。文中使用到的所有裝置皆從已清除（預設）的組態來啟動。如果您的網路運作中，請確保您瞭解任何指令可能造成的影響。

慣例

如需文件慣例的詳細資訊，請參閱思科技術提示慣例。

背景資訊

本檔案將說明show process cpu 命令的輸出所示，由於邊界閘道通訊協定(BGP)路由器進程或BGP掃描程式進程，Cisco IOS路由器可能會遇到高CPU使用率的情況。高CPU條件的持續時間取決於多個條件，特別是Internet路由表的大小以及特定路由器在其路由和BGP表中擁有的路由數。show process cpu 命令顯示過去五秒、一分鐘和五分鐘內的平均CPU利用率。CPU使用率數字不能提供有關所提供負載的真實線性使用率指示。

以下是一些主要原因：

在現實的網路中，CPU必須處理各種系統維護功能，例如網路管理。
CPU必須處理定期和事件觸發的路由更新。
還有其它內部系統開銷操作，如資源可用性的輪詢，這些操作與流量負載不成比例。

您還可以使用show processes cpu 命令來獲取CPU活動的某些指示。

附註：有關show命令的詳細資訊，請參閱Cisco IOS配置基礎命令參考

瞭解BGP進程

Cisco IOS進程通常包含執行任務的單個執行緒和相關資料，例如系統維護、交換資料包和實施路由協定。路由器上執行的幾個Cisco IOS進程使BGP能夠運行。使用show process cpu |包括BGP命令以檢視由於BGP進程而產生的CPU使用量。

下表列出了BGP進程的功能，並顯示了每個進程在不同時間運行，這些時間取決於所處理的任務。由於BGP掃描程式和BGP路由器進程負責大量計算，因此您可以看到由於其中任何一個進程導致的CPU使用率高。接下來的部分將更詳細地討論這些過程。

進程名稱	說明	間隔
BGP開啟	執行BGP對等體建立。	初始化時，建立與BGP對等體的TCP連線時。
BGP I/O	處理隊列中且已處理的BGP資料包，例如UPDATES和KEEPALIVE。	接收BGP控制封包時。
BGP掃描器	遍歷BGP表並確認下一跳的可達性。BGP掃描程式還會檢查條件通告，以確定BGP是否通告條件字首並執行路由減少。在MPLS VPN環境中，BGP掃描器將路由匯入和匯出到特定VPN路由和轉發例項(VRF)。	一分鐘一次
BGP路由器	計算最佳BGP路徑並處理任何路由流動。它還會傳送和接收路由，建立對等體，並與路由資訊庫(RIB)互動。	每秒一次，以及在新增、刪除或軟配置一個BGP對等體時。

BGP掃描器導致的CPU使用率高

在承載大型Internet路由表的路由器上，由於BGP掃描程式進程導致的CPU使用時間較短。BGP掃描程式每分鐘掃描BGP RIB表並執行一次重要的維護任務。這些任務包括檢查路由器BGP表中引用的下一跳，並檢驗是否可以到達下一跳裝置。因此，大型BGP表需要花費相當多的時間進行遍歷和驗證。

因為BGP掃描程式進程運行在整個BGP表中，所以高CPU條件的持續時間會因鄰居數量和每個鄰居獲知的路由數量而異。使用show ip bgp summary和show ip route summary命令捕獲此資訊。BGP掃描程式進程會遍歷BGP表以更新任何資料結構，並遍歷路由表以重分佈路由。(在此上下文中，路由表也稱為路由資訊庫(RIB)，當您執行；show ip route命令時，路由器輸出該資訊)。這兩個表分別儲存在路由器的記憶體中，可能很大，並且會消耗CPU週期。

debug ip bgp updates 命令的下一個示例輸出捕獲了BGP掃描程式的執行：

router# 
2d17h: BGP: scanning routing tables 
2d17h: BGP: 10.0.0.0 computing updates, neighbor version 8, 
     table version 9, starting at 0.0.0.0 
2d17h: BGP: 10.0.0.0 update run completed, ran for 0ms, neighbor
     version 8, start version 9, throttled to 9, check point net 0.0.0.0 
2d17h: BGP: 10.1.0.0 computing updates, neighbor version 8, 
     table version 9, starting at 0.0.0.0 
2d17h: BGP: 10.1.0.0 update run completed, ran for 4ms, neighbor
     version 8, start version 9, throttled to 9, check point net 0.0.0.0 
router#

當BGP掃描程式運行時，低優先順序進程需要等待更長時間才能訪問CPU。一個低優先順序的程式會控制網際網路控制訊息通訊協定(ICMP)封包，例如ping。目的地為路由器或源自路由器的封包可能會遇到比預期更高的延遲，因為ICMP程式必須晚於BGP掃描程式。週期是BGP掃描程式運行一段時間並暫停其本身，然後運行ICMP。相反，透過路由器傳送的ping必須透過思科快速轉送(CEF)進行交換，且不會遇到任何額外延遲。當您對延遲的週期性高峰進行故障排除時，請將通過路由器轉發的資料包的轉發時間與路由器上CPU直接處理的資料包進行對比。

附註：指定IP選項（如記錄路由）的ping命令也要求CPU直接處理這些選項，這會導致更長的轉發延遲。

使用show過程 | include bgp scanner命令以檢視CPU優先順序。下一個示例輸出中的Lsi值使用L來表示低優先順序進程。

6513#show processes | include BGP Scanner
 172 Lsi 407A1BFC       29144     29130    1000 8384/9000  0 BGP Scanner

BGP路由器進程導致的CPU使用率高

BGP路由器進程大約每秒運行一次以檢查工作。BGP收斂定義建立第一個BGP對等體時的時間和BGP收斂的時間之間的持續時間。為了確保儘可能短的收斂時間，BGP路由器會消耗所有空閒CPU週期。但是啟動後，它會間歇性地放棄（或暫停）CPU。

收斂時間是BGP路由器在CPU上花費時間的直接度量，而不是總時間。此程式在BGP聚合期間顯示高CPU條件，並與兩個外部BGP(eBGP)對等點交換BGP字首。

開始測試之前，請捕獲正常CPU使用率基線。

router#show process cpu
  CPU utilization for five seconds: 0%/0%; one minute: 4%; five minutes: 5%

測試開始後，CPU利用率達到100%。show process cpu命令顯示高CPU狀態是由BGP路由器引起的，在下一個輸出中以139（BGP路由器的Cisco IOS進程ID）表示。

router#show process cpu
  CPU utilization for five seconds: 100%/0%; one minute: 99%; five minutes: 81%

!--- Output omitted.

139     6795740   1020252       6660 88.34% 91.63% 74.01%   0 BGP Router

此時，您可以監視和捕獲show ip bgp summary和show process cpu命令的多個輸出。show ip bgp summary命令會擷取BGP鄰居的狀態。

router#show ip bgp summary
  Neighbor    V    AS  MsgRcvd MsgSent   TblVer  InQ OutQ Up/Down State/PfxRcd
  10.0.0.0    4  64512  309453  157389    19981    0  253 22:06:44 111633
  10.1.0.0  4  65101  188934    1047    40081   41    0 00:07:51 58430

當路由器完成與其BGP對等體的字首交換時，CPU利用率將返回到正常水準。計算得出的1分鐘和5分鐘平均數同樣可以穩定下來，並會在比5秒速率更長的時段內顯示出高於正常水準的消息。
```
router#show process cpu
  CPU utilization for five seconds: 3%/0%; one minute: 82%; five minutes: 91%
```
使用之前的show命令捕獲的輸出計算BGP收斂時間。特別是，使用show ip bgp summary命令的Up/Down</strong>列，比較高CPU條件的開始和停止時間。通常，當一個大型網際網路路由表時，BGP收斂可能需要幾分鐘時間。已交換

附註：裝置上的CPU使用率較高也可能是由於BGP表的不穩定性引起的。如果路由器收到兩個路由表副本（一個來自與ISP對等的EBGP，另一個來自網路中的IBGP對等的），就會發生這種情況。根本原因是裝置上的記憶體量。Cisco建議對網際網路路由表的單個副本使用至少1 Gig的RAM。要避免這種不穩定性，請增加裝置上的RAM或過濾字首，以緩解BGP表及其佔用的記憶體。

效能改進

隨著Internet路由表中路由數量的增加，BGP收斂所需的時間也會增加。一般情況下，收斂定義為使所有路由表達到一致狀態的過程。當以下條件為真時，BGP會視為收斂：

已接受所有路由。
所有路由都已安裝到路由表中。
所有對等體的表版本等於BGP表的表版本。
所有對等體的InQ和OutQ均為零。

本節介紹為縮短BGP收斂時間而進行的某些Cisco IOS效能改進，這些效能改進可減少由BGP進程導致的CPU使用率較高的情況。

TCP對等連線的隊列

BGP現在會主動將資料從BGP OutQ排入每個對等體的TCP套接字中，直到OutQs完全耗盡。由於BGP現在以較快的速率傳送，因此BGP收斂得更快。

BGP對等體組

雖然它們有助於簡化BGP配置，但BGP對等體組還可以增強可擴充性。所有對等組成員必須共用一個公共出站策略。因此，可以將相同的更新資料包傳送到每個組成員，從而減少BGP向對等體通告路由所需的CPU週期數。換句話說，對於對等組，BGP只在對等組領導上遍歷BGP表，通過出站策略過濾字首，並生成更新，並將其傳送到對等組領導。反過來，引線會將更新複製到與其同步的組成員。如果沒有對等體組，BGP必須遍歷每個對等體的表，通過出站策略過濾字首，並生成僅傳送到一個對等體的更新。

路徑MTU和ip tcp path-mtu-discovery指令

所有TCP會話都受單個資料包中可傳輸位元組數的限制。此限制稱為最大片段大小(MSS)，預設為536位元組。換句話說，TCP會在將封包傳遞到IP層之前，將傳輸佇列中的封包分解為536位元組的區塊。使用show ip bgp neighbors | include max data命令以顯示BGP對等體的MSS:

Router#show ip bgp neighbors | include max data 
Datagrams (max data segment is 536 bytes): 
Datagrams (max data segment is 536 bytes): 
Datagrams (max data segment is 536 bytes): 
Datagrams (max data segment is 536 bytes):

536位元組MSS的優勢在於，由於大多數連結使用的MTU至少為1500位元組，因此封包不大可能會在前往目的地的路徑上的IP裝置上進行分段。缺點是較小的資料包會增加用於傳輸開銷的頻寬量。由於BGP建立到所有對等體的TCP連線，因此536位元組的MSS會影響BGP收斂時間。

解決方式為使用ip tcp path-mtu-discovery 指令啟用路徑MTU(PMTU)功能。您可以使用此功能以動態方式判斷MSS值可以有多大，同時，請不要建立需要分段的資料包。PMTU允許TCP確定TCP作業階段中所有連結中的最小MTU大小。接著，TCP會使用此MTU值（減去IP和TCP標頭的空間）作為作業階段的MSS。如果TCP作業階段僅遍歷乙太網路區段，則MSS為1460位元組。如果它僅遍歷SONET(POS)封包，則MSS為4430位元組。MSS從536增加到1460或4430位元組，降低了TCP/IP額外負荷，從而有助於BGP更快收斂。

啟用PMTU後，再次使用show ip bgp neighbors | include max data命令以檢視每個對等體的MSS值：

Router#show ip bgp neighbors | include max data 
Datagrams (max data segment is 1460 bytes): 
Datagrams (max data segment is 1460 bytes): 
Datagrams (max data segment is 1460 bytes): 
Datagrams (max data segment is 1460 bytes):

增加介面輸入隊列

如果BGP向許多對等點通告數千個路由，則TCP必須在短時間內傳輸數千個資料包。BGP對等體會收到這些封包並向播發的BGP發言者傳送TCP確認，這會導致BGP發言者在較短時間內收到大量的TCP ACK。如果ACK到達的速率對於路由處理器來說太高，則資料包將在入站介面隊列中備份。預設情況下，路由器介面使用的輸入隊列大小為75個資料包。此外，特殊控制封包（例如BGP UPDATES）使用具有選擇性封包捨棄(SPD)的特殊佇列。此特殊隊列可容納100個資料包。當BGP收斂時，TCP ACK可以快速填滿175個輸入緩衝點，到達的新資料包必須被丟棄。在具有15個或更多的BGP對等體並交換完整Internet路由表的路由器上，每分鐘可以看到超過10,000個丟包。以下是重新引導15分鐘後路由器輸出的範例：

Router#show interface pos 8/0 | include input queue 
Output queue 0/40, 0 drops; input queue 0/75, 278637 drops 
Router#

如果您增加介面輸入佇列深度(使用hold-queue in 指令)，將有助於減少捨棄的TCP ACK數量，這減少了BGP進行收斂必須執行的工作量。通常，值1000可解決輸入佇列捨棄所導致的問題。

附註：請注意這一點，因為輸入隊列增量可能會增加一些延遲。

Cisco IOS中的其他改進

Cisco IOS包括對BGP對等組代碼的多個最佳化，以改進更新打包和複製。在檢查這些改進之前，請更詳細地檢查更新打包和複製。

BGP更新包含一系列屬性（例如MED = 50和LOCAL_PREF = 120）和一系列網路層可達性資訊(NLRI)字首，它們共用這些屬性組合。BGP在單一更新中列出的NLRI字首越多，BGP收斂速度就越快，因為開銷（例如IP、TCP和BGP標頭）會減少。 更新包裝是指將NLRI打包到BGP更新中。例如，如果BGP表包含100,000個具有15,000個唯一屬性組合的路由，那麼如果NLRI以100%的效率打包，BGP只需要傳送15,000個更新。

附註：零的打包效率意味著BGP需要在此環境中傳送100,000個更新。

使用show ip bgp peer-group 命令檢視BGP更新的效率。

如果對等組成員處於同步狀態，BGP路由器會接收針對對等組領導進行格式化的更新消息，並為該成員複製該消息。複製對等組成員的更新比重新格式化更新要有效得多。例如，假設對等組有20個成員，並且所有成員都需要接收100條BGP消息。100%的複製意味著BGP路由器為對等組領導格式化了100條消息，並將這些消息複製到其他19個對等組成員。要確認複製改進，請將複製的消息數與格式化的消息數進行比較，如show ip bgp peer-group 命令所示。這些改進顯著縮短了收斂時間，允許BGP支援更多對等體。

例如，使用show ip bgp peer-group 命令檢查更新打包和更新複製的效率。下一個輸出來自具有6個對等體組的收斂測試，前5個對等體組（eBGP對等體）中的每個對等體組中有20個對等體，第6個對等體組(內部BGP(iBGP)對等體組中有100個對等體。此外，使用的BGP表有36,250個屬性組合。

show ip bgp peer-group的下一個輸出示例 | include replicated命令在運行Cisco IOS 12.0(18)S的路由器上顯示以下資訊：

Update messages formatted 836500, replicated 1668500 
Update messages formatted 1050000, replicated 1455000 
Update messages formatted 660500, replicated 1844500 
Update messages formatted 656000, replicated 1849000 
Update messages formatted 501250, replicated 2003750 

!-- The first five lines are for eBGP peer groups.
 
Update messages formatted 2476715, replicated 12114785 

!-- The last line is for an iBGP peer group.

為了計算每個對等組的複製速率，請將複製的更新數除以格式化的更新數：

1668500/836500 = 1.99 1455000/1050000 = 1.38 1844500/660500 = 2.79 1849000/656000 = 2.81 2003750/501250 = 3.99 12114785/2476715 = 4.89

如果BGP完全複製，則eBGP對等體組的複製速率均為19，因為對等體組中有20個對等體。更新是為對等組領導設定格式，然後複製到其他19個對等體。這提供了最佳複製速率19。iBGP對等體組的理想複製速率是99，因為有100個對等體。
如果BGP打包的更新非常完美，則只有36,250個格式化更新。您只需要為每個對等組生成36,250個更新，因為這是BGP表中的屬性組合數。僅iBGP對等體組就格式化了近2,500,000個更新，而eBGP對等體組每個都生成從500,000到1,000,000個更新的任意位置。

在執行Cisco IOS 12.0(19)S的路由器上，show ip bgp peer-group | include replicatedcommand提供以下資訊：

Update messages formatted 36250, replicated 688750 
Update messages formatted 36250, replicated 688750 
Update messages formatted 36250, replicated 688750 
Update messages formatted 36250, replicated 688750 
Update messages formatted 36250, replicated 688750 
Update messages formatted 36250, replicated 3588750

附註：更新裝箱為最佳。每個對等組有恰好36,250個更新的格式。688750/36250 = 19 688750/36250 = 19 688750/36250 = 19 688750/36250 = 19 688750/36250 = 19 3588750/36250 = 99

附註：更新複製也非常完美。

疑難排解程式

使用以下步驟對因BGP掃描器或BGP路由器而導致的高CPU問題進行故障排除：

收集有關BGP拓撲的資訊。確定BGP對等體的數量和每個對等體通告的路由數。基於您的環境，高CPU條件的持續時間是否合理？
確定高CPU發生的時間。它是否與BGP表的定期步行一致？
高CPU是否遵循介面翻動？如果啟用了阻尼功能，則可以使用命令show ip bgp dampening flap-statistics 命令。
通過路由器ping，然後從路由器ping。ICMP回應作為低優先順序進程處理。瞭解Ping和Traceroute指令檔案對此有更詳細的說明。確保常規轉發不受影響。
檢查入站和出站介面上是否啟用了快速交換和/或CEF時，需要確保資料包可以遵循快速轉發路徑。請確保在介面上未看到 no ip route-cache cef 命令，在全域組態上未看到no ip cef命令。要在全域性配置模式下啟用CEF，請使用ip cef 命令。
檢查平台擴展，因為在大多數情況下，它是由於裝置過載導致出現此類情況所致。此外，還確保路由器上有適當的三重內容可定址儲存器(TCAM)空間。

驗證路由器上是否有足夠的記憶體。根據建議，每個BGP對等體至少要有1 GB的DRAM分配給傳送完整網際網路路由表的Cisco IOS空間。此處提到的DRAM空間只是BGP所需的記憶體。路由器上運行的其他功能可能需要額外的空間。

修訂	發佈日期	意見
2.0	18-Jul-2022	重新認證
1.0	22-Jul-2008	初始版本