Catalyst 9000 스위치 문제 해결 가이드

1. 요약

• 이 리포트는 Cisco Catalyst 9000 스위치에서 발생할 수 있는 컨트롤 플레인 상태 문제를 식별하고 해결하는 방법을 설명합니다. 주요 초점은 CoPP(Control Plane Policing) 기술을 활용하여 CPU 바운드 트래픽 관리와 CPU의 트래픽 과포화 문제를 방지하는 것입니다. 이를 통해 Catalyst 9000 스위치는 트래픽을 효과적으로 처리하고 CPU의 정상 작동을 유지할 수 있습니다. 리포트는 스위치의 운영 문제 해결을 위한 절차 및 유용한 CLI 명령어도 제공하여 트래픽 분석과 문제 진단에 도움을 줍니다. 설계 및 설정 관점에서 CoPP와 CPU 관리의 중요성을 강조하며, 이를 통해 스위치의 성능을 최적화하는 방법론을 제시합니다.

2. 컨트롤 플레인 개요

• 2-1. 컨트롤 플레인 정의

• 컨트롤 플레인은 Catalyst 스위치의 CPU와 관련된 기능과 트래픽을 그룹화하는 데 사용되는 일반 용어입니다. 여기에는 스위치를 대상으로 하거나 스위치에서 전송되는 라우팅 프로토콜, STP(Spanning Tree Protocol), HSRP(Hot Standby Router Protocol)와 같은 트래픽 및 CPU에서 처리해야 하는 애플리케이션 레이어 프로토콜(예: SSH(Secure Shell), SNMP(Simple Network Management Protocol))이 포함됩니다.

• 2-2. 데이터 플레인과의 차이점

• 데이터 플레인은 일반적으로 제어 플레인의 지원 없이 전달되는 하드웨어 ASIC 및 트래픽을 포함합니다. 데이터 플레인에서 처리되는 대부분의 패킷은 하드웨어에서 전달되며, 일부 특정 트래픽 유형만 CPU가 처리하게 됩니다.

• 2-3. CPU와의 관계

• CPU에 도착하는 트래픽은 최대한 빨리 처리되어야 하며, 일정한 양의 트래픽이 CPU에서 예상되지만 과도한 트래픽이 발생할 경우 운영 문제가 발생할 수 있습니다. Catalyst 9000 스위치 제품군에서는 CPU의 트래픽 과포화 문제를 방지하기 위해 CoPP(Control Plane Policing) 메커니즘을 통합하고 있으며, CPU에서는 약 19,000pps(packets-per-second)의 트래픽을 처리할 수 있습니다.

3. CoPP 메커니즘

• 3-1. CoPP의 기능

• CoPP(Control Plane Policing) 메커니즘은 Cisco Catalyst 9000 제품군 스위치에서 CPU의 트래픽 과포화 문제를 방지하기 위해 통합된 기능입니다. 이 메커니즘을 통해 CPU에 도착하는 트래픽을 처리하며, 특정 트래픽 유형을 CPU 주입 경로에 적용하여 CPU 바운드 트래픽을 적절히 관리합니다. 시스템에서 생성된 QoS(Quality of Service) 정책이 CoPP를 통해 CPU 주입/주입 경로에 적용되며, 이를 통해 CPU의 안정적인 운영을 보장합니다.

• 3-2. CPU 바운드 트래픽 관리

• Catalyst 9000 스위치에서는 CPU 바운드 트래픽이 여러 다른 클래스로 그룹화되어 하드웨어 폴리서와 매핑됩니다. 이 시스템은 최대 약 19,000pps(packets-per-second)의 트래픽을 CPU에서 처리할 수 있으며, 이 임계값을 초과하는 트래픽은 폴리싱됩니다. CoPP 메커니즘에 의해 CPU 바운드 트래픽은 대기열로 분류되며, 대기열은 하드웨어 수준에서 처리됩니다. 이러한 대기열은 사용자가 직접 구성할 수 없으며, 일반적으로 시스템에서 자동으로 정의됩니다.

• 3-3. CoPP 정책 구조

• CoPP의 정책 구조는 특정 트래픽 클래스에 의한 CPU의 과포화를 방지하기 위한 폴리서와 대기열로 구성됩니다. Catalyst 9000 제품군은 32개의 대기열에 대해 32개의 하드웨어 폴리서를 지원하며, 이러한 대기열은 클래스 맵과 연결되어 있습니다. CoPP 정책의 기본 속성은 사용자가 조정할 수 있으나, 기본 CoPP 정책을 변경할 경우 예기치 않은 서비스에 영향을 미칠 수 있습니다.

4. CPU 사용률 및 트래픽 분석

• 4-1. CPU 사용률 모니터링

• CPU 사용률은 프로세스와 중단이라는 두 가지 기본 활동의 영향을 받습니다. 프로세스는 CPU가 수행하는 구조화된 활동이며, 중단은 데이터 플레인에서 가로채어 CPU로 전송되는 패킷을 가리킵니다. 이러한 활동은 모두 CPU의 총 사용률을 구성하게 됩니다. CoPP(Control Plane Policing)는 기본적으로 활성화되어 있어 서비스 영향은 높은 CPU 사용률과 상관관계가 없습니다. CoPP가 작업을 수행할 경우, CPU 사용률은 크게 영향을 받지 않습니다. 그러나 CPU의 전체적인 활용도를 고려하는 것이 중요하며, 전체적인 활용도가 전체 스토리를 말해주지는 않는다는 점에 유의해야 합니다.

• 4-2. 트래픽 유형 분석

• 스위치의 정상 작동 기능으로서 특정한 사용 사례에서 예기치 못한 문제가 발생할 수 있습니다. Catalyst 9000 스위치 제품군은 CPU에서 일정한 양의 트래픽을 처리할 것으로 예상됩니다. CPU에는 총 약 19,000pps(packets-per-second)의 트래픽을 지원합니다. 이 임계값을 초과하면, 펀트된 트래픽은 가중치 없이 폴리싱됩니다. CPU 바운드 트래픽은 여러 가지 클래스로 그룹화되어 하드웨어 폴리서 간에 매핑됩니다. CoPP를 사용하면 시스템에서 생성된 QoS(Quality of Service) 정책이 CPU 주입 경로에 적용되어 CPU의 과포화 문제를 방지할 수 있습니다.

• 4-3. 예기치 않은 CPU 사이클 사용

• CPU 사용률이 예상 범위를 벗어나는 경우 이는 잠재적인 문제를 나타낼 수 있습니다. 예기치 않은 양의 CPU 사이클을 사용하는 프로세스를 식별하는 것이 중요하며, 이러한 정보를 통해 정상 활용이 어떻게 보이는지 이해하여 규범으로부터의 편차를 확인할 수 있습니다. CoPP에서 드롭이 활발하게 증가하고 있는지 확인하는 것도 중요합니다. CoPP 드롭은 항상 문제를 나타내지는 않지만, 능동적으로 폴리싱된 트래픽 클래스와 관련된 문제를 트러블슈팅할 경우 관련성을 나타내는 강력한 지표가 될 수 있습니다.

5. 문제 해결 접근법

• 5-1. 문제 확인 절차

• 문제를 확인하기 위해 먼저 컨트롤 플레인과 관련된 트래픽을 분석해야 합니다. 대부분의 전송 트래픽은 하드웨어에서 처리되지만, 특정 트래픽 유형은 CPU에서 처리가 필요합니다. CPU에 도달하는 트래픽은 최대한 신속히 처리되어야 하며, 과도한 트래픽이 발생할 경우 운영 문제가 발생할 수 있습니다. 이를 위해 CPU 사용률을 확인하고, 예기치 않게 증가한 CPU 사이클을 사용하는 프로세스를 식별하는 것이 중요합니다.

• 5-2. 정상 활용 기준 파악

• 정상적인 CPU 활용 기준을 설정하여 이를 기반으로 추가적인 분석을 수행해야 합니다. 평균 CPU 사용률을 측정하고, 예상 범위에서 벗어나는 경우를 찾아내야 합니다. CPU 사용률이 정상 범위를 초과할 때는 문제가 발생할 수 있으며, 이를 통해 규범으로부터의 편차를 확인해야 합니다. 예를 들어, CPU가 초과 사용되고 있을 때는 CoPP의 드롭 횟수 증가와 같은 징후가 나타날 수 있습니다.

• 5-3. CoPP 드롭 확인

• CoPP(제어 플레인 폴리싱) 드롭 통계를 확인하는 것은 문제 해결에 있어 중요한 단계입니다. CoPP가 활성화되어 있을 경우, 드롭은 트래픽 클래스와 관련된 문제를 나타낼 수 있습니다. 이는 CoPP를 통해 분류된 트래픽이 CPU의 과포화를 예방하는 구조 내에서 이루어지며, 드롭이 발생할 경우 이는 트래픽 제어와 관련된 문제가 있을 수 있음을 시사합니다. 실제로 시스템 내에서 드롭 값이 증가하는지를 여러 번 확인하여 관련성을 파악해야 합니다.

6. 유용한 CLI 명령어

• 6-1. CPU 상태 확인 명령

• CPU의 상태를 확인하기 위한 유용한 명령어로는 'show processes cpu sorted'가 있습니다. 이 명령어는 최근 5초 간, 1분 간, 5분 간의 CPU 사용률을 보여주며, 각각의 프로세스가 CPU를 얼마나 사용하고 있는지를 정렬된 형태로 표시합니다. 예를 들어, Catalyst-9600 장치에서 이 명령을 실행하면 최근 5초 동안 92%의 CPU 사용률을 기록한 프로세스와 각 프로세스의 세부 사용량을 확인할 수 있습니다.

• 6-2. CoPP 통계 확인 명령

• CoPP(Control Plane Policing) 통계를 확인하기 위해 'show platform hardware fed active qos queue stats internal cpu policer'라는 명령어가 사용됩니다. 이 명령은 CPU의 경찰자 통계와 큐 드롭 아이템을 포함한 정보를 제공하여, CoPP의 성능 및 트래픽 드롭 현황을 평가할 수 있게 해 줍니다.

• 6-3. 트래픽 인그레스 지점 확인

• 트래픽 인그레스 지점을 확인하기 위해서는 여러 CLI 명령어를 이용할 수 있습니다. 중요한 예시로는 'show processes cpu'가 있으며, 이 명령어는 전체 CPU 사용률과 과도한 사용을 초래하는 프로세스를 신속하게 파악하는 데 유용합니다. 또한, 'show policy-map control-plane'을 통해 현재 제어 평면에 적용된 정책을 조회하고, 이를 통해 트래픽 인그레스 포인트를 확인할 수 있습니다.

7. 사례 연구

• 7-1. 일반적인 트러블슈팅 시나리오

• 이 문서에서는 Cisco IOS® XE를 실행하는 Catalyst 9000 제품군 스위치에서 컨트롤 플레인 상태를 트러블슈팅하고 검증하는 방법에 대해 설명합니다. 스위치의 기본 작동은 가능한 한 빨리 패킷을 전달하는 것으로, 대부분의 패킷은 하드웨어에서 처리되지만 특정 트래픽 유형은 시스템 CPU에서 처리되어야 합니다. CPU에 도착하는 트래픽은 최대한 빨리 처리되지만, 과도한 트래픽이 발생할 경우 운영 문제가 발생할 수 있습니다. CPU 펀트 경로는 제한된 리소스이며, 스위치는 지정된 시간에 CPU에서 총 약 19,000pps(packets-per-second)를 지원합니다. 이 임계값을 초과할 경우, 펀트된 트래픽은 가중치 없이 폴리싱됩니다.

• 7-2. 현장 문제 해결 사례

• 현장에서 발견된 문제를 기반으로 몇 가지 일반적인 시나리오를 제공합니다. 예를 들어, CoPP(Control Plane Policing) 메커니즘을 통해 CPU 바운드 트래픽을 관리할 수 있습니다. CoPP는 시스템에서 생성된 QoS(Quality of Service) 정책을 CPU 주입 경로에 적용하여 CPU 과포화 문제를 방지합니다. 특정 트래픽 클래스에 의한 CPU의 과포화는 CoPP 폴리서를 통해 제어될 수 있으며, Catalyst 9000 제품군은 32개의 대기열에 대해 32개의 하드웨어 폴리서를 지원합니다.

• 7-3. 성공적인 CoPP 적용 사례

• CoPP의 효과적인 구현을 통해 CPU 바운드 트래픽은 여러 가지 다른 클래스로 그룹화되고, CPU와 연결된 개별 하드웨어 폴리서 간에 매핑됩니다. 각 대기열은 특정 트래픽 유형 또는 기능 집합과 관련됩니다. 예를 들어, ICMP Redirect, ARP, DHCP 관련 트래픽이 각각의 큐에 묶여 관리되며, 이로 인해 CPU의 안정적인 운영을 보장할 수 있었습니다. 이러한 사례는 CoPP의 설정과 모니터링이 CPU 사용률을 최적화하고, 시스템의 일반적인 성능을 개선하는 데 도움이 됨을 보여줍니다.

결론

• Catalyst 9000 스위치의 컨트롤 플레인 문제를 해결하기 위한 CoPP 기술의 효과적 활용이 강조됩니다. CoPP는 CPU 바운드 트래픽을 분류하고 관리하여 CPU의 과포화 문제를 방지하며, 이를 통해 스위치의 안정적 운영을 달성할 수 있습니다. 주요 발견으로는 CoPP에서 다양한 트래픽을 다루는 클래스 기반 관리 및 CPU 사용률에 대한 지속적 모니터링이 필요하다는 점이 있습니다. 이러한 기술적 접근은 Catalyst 9000의 트래픽 처리 능력을 극대화하며 예기치 않은 운영 문제를 최소화합니다. 한계점으로는 CoPP 설정의 복잡성과 정책 조정의 잠재적 위험이 있으며, 이를 개선하기 위한 기술 및 정책 최적화 연구가 필요합니다. 미래에는 최신 네트워크 트렌드에 맞추어 하드웨어와 소프트웨어가 CoPP 및 CPU 관리에 미치는 효과를 지속적으로 분석하여 더 발전된 해결책을 찾아낼 필요가 있습니다. 실제 적용 측면에서는 네트워크 성능 문제를 보다 빠르고 정확하게 진단하고 해결하는 데 CoPP와 Catalyst 9000 스위치의 통합적 전략이 중요한 역할을 할 것입니다.

용어집

• Catalyst 9000 [제품]: Cisco의 Catalyst 9000 스위치는 현대적인 네트워크 환경을 지원하기 위해 설계된 고성능 스위치 제품군입니다. 이 스위치는 특히 컨트롤 플레인 문제 해결 및 QoS 정책 적용에 중점을 두고 있으며, CoPP 메커니즘을 통해 CPU 자원의 효율적 관리가 가능합니다. 이 제품군은 다양한 산업에서의 데이터 전송 및 통신을 최적화하는 데 기여하고 있습니다.

• CoPP [기술]: Control Plane Policing의 약어로, Cisco Catalyst 스위치에서 CPU의 과부하를 방지하기 위해 사용하는 QoS 정책입니다. CoPP는 트래픽을 분류하고 관리를 통해 CPU의 안정성을 보장하여 네트워크의 전반적인 성능을 향상시킵니다.

출처 문서

• Catalyst 9000 스위치의 컨트롤 플레인 작업 문제 해결https://www.cisco.com/c/ko_kr/support/docs/switches/catalyst-9300-switch/221841-troubleshoot-control-plane-operations-on.html