執行CatOS軟體的Catalyst 4500/4000、2948G、2980G和4912G交換器上的CPU使用率

簡介

在執行Catalyst OS(CatOS)系統軟體的Cisco Catalyst 4500/4000、2948G、2980G和4912G交換器上發出命令時，本檔案會提供show processes cpu命令的輸出資訊。本文說明如何識別這些交換器上CPU使用率高的原因。本檔案也列出導致Catalyst 4500系列上高CPU使用率的一些常見網路或設定案例。

註：如果運行基於Cisco IOS軟體的Catalyst 4500/4000系列交換機，請參閱基於Cisco IOS軟體的Catalyst 4500/4000交換機上的CPU使用率較高。

注意：在本檔案中，交換機和交換機一詞是指Catalyst 4500/4000、2948G、2980G和4912G交換機。

與Cisco路由器一樣，交換機使用show processes cpu命令來顯示交換機Supervisor引擎處理器的CPU利用率。但是，由於Cisco路由器和交換機之間的體系結構和轉發機制存在差異，因此show processes cpu命令的典型輸出明顯不同。輸出的含義也有所不同。

本檔案將闡明這些差異。本文檔介紹交換機上CPU的使用情況以及如何解釋show processes cpu命令輸出。

必要條件

需求

本文件沒有特定需求。

採用元件

本檔案中的資訊是根據以下各項的軟體和硬體版本：

• 執行CatOS的Catalyst 4500/4000交換器

• Catalyst 2948G交換器

• Catalyst 2980G和2980G-A交換機

• Catalyst 4912G交換器

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。如果您的網路正在作用，請確保您已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。

瞭解Catalyst 4500/4000、2948G、2980G和4912G交換機上的CPU利用率

思科軟體型路由器使用軟體來處理和路由封包。隨著路由器執行更多資料包處理和路由，Cisco路由器上的CPU利用率會增加。因此，show processes cpu命令可以相當準確地指示路由器上的流量處理負載。

執行CatOS、2948G、2980G和4912G交換器的Catalyst 4500/4000使用CPU的方式不同。這些交換機在硬體而非軟體中作出轉發決策。因此，當交換機對通過交換機的大多數幀做出轉發或交換決策時，該過程不涉及Supervisor引擎CPU。

相反，Supervisor Engine CPU執行其他重要功能。它執行的功能包括：

• 協助學習和老化MAC地址

  注意：MAC地址學習也稱為路徑設定。

• 運行提供網路控制的協定和進程

  範例包括跨距樹狀目錄通訊協定(STP)、思科探索通訊協定(CDP)、VLAN中繼線通訊協定(VTP)、動態中繼線通訊協定(DTP)和連線埠彙總通訊協定(PAgP)。

• 處理髮往交換機sc0或me1介面的網路管理流量

  示例包括Telnet、HTTP或簡單網路管理協定(SNMP)流量。

show processes cpu命令提供有關Supervisor Engine CPU的資訊；做出轉發決策的交換機硬體不提供此資訊。因此，命令的輸出與交換機的交換效能或流量負載沒有直接關係。

典型的show processes cpu命令利用率

在以下情況下，您可以找到潛在問題和解決方法：

• 從思科裝置發出show-tech support命令或show processes cpu命令。

• 使用Output Interpreter (僅限註冊客戶)工具。

在某些情況下，即使是流量很少或沒有通過的交換機，也會報告CPU利用率高於其他基於CatOS的交換機的典型利用率。show processes cpu命令的輸出顯示此CPU使用率高。

注意：其他基於CatOS的交換器的範例是Catalyst 5500/5000和6500/6000系列交換器。

在Catalyst 4003、4006、2948G、2980G或4912G交換機上，典型CPU使用率為1-30%。在已安裝一個或多個WS-X4148-RJ45V模組的Catalyst 4006交換機上，典型利用率更高。典型的利用率通常為20-50%。利用率更高，因為這些模組執行額外的埠監控以檢測連線的IP電話。這些模組需要檢測連線的電話以便在必要時應用內聯電源。

通常，這些百分比不會與經過交換機的流量成比例增加。因此，無論交換機是完全空閒還是通過大量流量，平均CPU利用率百分比都不會發生顯著變化。

通常，利用率最高的進程是交換開銷和管理開銷進程。此範例顯示執行CatOS的Supervisor引擎II的Catalyst 4006交換器上show processes cpu命令的輸出：

註：為了清楚起見，某些輸出已被抑制。

Console> (enable) show processes cpu 

CPU utilization for five seconds:  43.72%
                      one minute:  43.96%
                    five minutes:  34.17%
 
PID Runtime(ms) Invoked    uSecs    5Sec    1Min    5Min    TTY Process
--- ----------- ---------- -------- ------- ------- ------- --- ---------------
1   143219346   0          0         74.28%  56.04%  65.83% -2  Kernel and Idle
3   5237943     1313358    330000     2.84%   2.00%   2.00% -2  SynConfig
13  4378417     92798429   2000       1.97%   1.00%   1.00% -2  gsgScpAggregati
19  2692969     8548403    14000      1.23%   1.00%   1.00% -2  SptBpduRx
84  6702117     92798314   9000       2.77%   2.00%   2.00% 0   Console
97  9382372     16190292   12499      4.26%   4.22%   4.31% 0   Packet forwardi
98  23438905    7904296    9352      16.64%  19.57%  17.50% 0   Switching overh
99  2271479     1443242    57968      1.19%   1.04%   0.98% 0   Admin overhead

Console> (enable)

交換開銷實際上是一個由多個子進程組成的進程。子進程處理以下任務：

• 獲取新MAC地址的地址

  注意：MAC地址學習也稱為路徑設定。

• 正常的主機條目老化以及快速老化，原因是收到STP拓撲更改通知(TCN)橋接協定資料單元(BPDU)

• 控制流量的資料包處理，例如STP BPDU、CDP、VTP、DTP和PAgP

• 管理流量（如Telnet、SNMP和HTTP）的資料包處理，以及sc0或me1子網中的廣播和組播資料包

管理開銷是交換機硬體管理的過程。管理開銷處理以下任務：

• 交換矩陣專用積體電路(ASIC)和其他硬體管理

• 線路卡ASIC管理

• 連接埠監控

CPU使用率高的原因

如本檔案的典型show processes cpu命令使用率一節所述，Catalyst 4500/4000系列交換器上的典型CPU使用率高於其他基於CatOS的交換器。這些其他交換器包括Catalyst 5500/5000和6500/6000。

但是，在某些情況下，Supervisor引擎CPU利用率可能會超過此預期範圍。CPU使用率可能超過交換機上的典型範圍，原因如下：

• Address learning — 從源MAC地址到目標MAC地址的任何流中的第一幀將被重定向到Supervisor Engine CPU。透過此重新導向，可以學習位址。一旦CPU在硬體中設定路徑，則使用相同源和目標MAC地址的後續幀將在硬體中交換。CPU沒有參與。因此，如果CPU必須在短時間內獲取大量MAC地址，則CPU利用率可能會提高。在設定路徑期間，利用率上升。交換機需要在短時間內獲取大量MAC地址，例如，在工作日開始時或午餐後立即獲取。此時，許多使用者會啟動系統或登入到網路。

• 網路中的STP TCN - TCN BPDU導致交換機對交換機獲知的MAC地址執行快速老化。通常，許多幀會被傳送到CPU進行地址學習和路徑設定。因此，您必須找到TCN的根本原因並防止發生此事件。以下是一些可能的原因：

  • 網路中翻動的埠

  • 在未啟用STP PortFast的埠上開啟和關閉電源的主機

• 在管理介面（sc0或me1）上收到過多的廣播流量 — 必須將管理子網/VLAN中的廣播提高到交換機協定棧的足夠高位，以確定Supervisor Engine是否是流量的目標接收方。可增加交換器上CPU使用率的流量範例包括：

  • 網際網路封包交換(IPX)路由資訊通訊協定/服務廣告通訊協定(RIP/SAP)

  • AppleTalk控制流量

  • 廣播網路基本輸入/輸出系統(NetBIOS)訊框

  • 使用廣播的傳統IP應用

• 管理流量過大 — 某些管理流量可能導致交換機上的CPU使用率高。例如，特別頻繁的SNMP輪詢。

• 軟體交換流量 — 使用第3層模組時，請記得，到達本徵VLAN上路由器的所有流量均在軟體中路由。這種情況對交換器的效能有負面影響。WS-X4232-L3上的微碼不會處理沒有標籤的本徵VLAN上傳入的802.1Q資料包。相反，資料包將進入CPU，CPU處理資料包。如果CPU在本徵VLAN子介面上以高速率接收不帶標籤的資料包，此過程會導致CPU使用率較高。因此，請建立一個虛擬VLAN（不包含任何使用者流量）作為本徵VLAN。

  注意：在路由器和交換機之間的中繼鏈路上建立虛擬VLAN作為本地VLAN。軟體中的CPU路由本徵VLAN上傳送的所有流量，這會對交換機的效能產生不利影響。另外建立一個您不在網路中的任何其它位置使用的VLAN，並使此VLAN成為路由器和交換機之間的中繼鏈路的本徵VLAN。

Ping延遲

另一個誤解是ping響應延遲是交換機Supervisor Engine上的CPU使用率高造成的。對交換機sc0介面執行ping操作時會發生響應延遲。響應延遲超過10毫秒。

網際網路控制訊息通訊協定(ICMP)要求與回覆處理是Supervisor Engine上的低優先順序工作。許多更重要的任務優先於ping響應生成。因此，即使是在完全空閒的交換機上，通常ping響應時間為7-10 ms。在特別繁忙的交換機上，響應時間甚至可能更長。

但是，通過交換機的ping通常會在硬體中轉發。在這些情況下，交換器會將ICMP回應請求和回覆視為簡單的資料訊框。響應延遲包括：

• 通過交換機的往返轉發延遲

  這通常是一個非常短的延遲，單位是微秒。

• 流程中IP堆疊和對ping請求和應答的響應的延遲

• ICMP資料包必須經過的網路中的任何其他延遲

  此類延遲的一個示例是多路由器跳。

• 由於大量使用靜態路由，導致不必要的IP重定向

建議

Supervisor Engine CPU使用率不能反映交換器的硬體轉送效能。但是，您必須確定基準並監控Supervisor Engine CPU利用率。

1. 在具有正常流量模式和負載的穩態網路中，為交換機基線Supervisor Engine CPU利用率。

   請注意哪些進程生成最高的CPU利用率。

2. 排除CPU使用率故障時，請考慮以下問題：

   • 哪些流程產生的利用率最高？這些流程與您的基線是否不同？

   • CPU使用率是否一直高於基線？或者是否存在出現高使用率峰值，然後返回基線水準的情況？

   • 網路中是否存在TCN?或者冗餘鏈路是否正確配置了生成樹引數以避免環路？

     註：因為STP PortFast禁用而擺動埠或主機埠會導致TCN。

   • 管理子網/VLAN中是否有過多的廣播或組播流量？

   • 交換機上是否有過多的管理流量，例如SNMP輪詢？

3. 如有可能，將管理VLAN與具有使用者資料流量（尤其是繁重的廣播流量）的VLAN隔離。

   此類流量的示例包括IPX RIP/SAP、AppleTalk和其他廣播流量。此類流量可能會影響Supervisor引擎CPU利用率，而且在極端情況下可能會干擾交換機的正常操作。

4. 考慮升級交換機。

   對於執行CatOS的Catalyst 4500/4000系列Supervisor Engine和交換器，請考慮將交換器升級至5.5(7)或更新版本。

   這些版本整合了多種CPU相關最佳化，尤其是在交換開銷子進程領域。

   在CatOS版本6.4.4及更高版本中，管理請求超時期限延長。超時時間延長可以防止繁忙的CPU可能導致的許多臨時控制資料包超時。

   注意：版本6.1(1)及更高版本支援Catalyst 2980G-A。

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