Catalyst 9000의 컨트롤 플레인 해결 방안

1. 요약

• 이 리포트는 Cisco Catalyst 9000 스위치에서 발생하는 컨트롤 플레인 문제를 해결하기 위한 방법론과 분석을 다루고 있습니다. 스위치의 기본 작동 원리와 CoPP(Control Plane Policing) 메커니즘을 바탕으로, CPU 과포화 문제를 깊이 있게 탐구합니다. 다양한 트래픽 유형과 CPU 사용률의 분석을 통해 스위치의 성능 저하 원인을 규명하고, 실무 적용성을 높인 데이터 및 기술적 세부사항을 제시합니다. 이를 통해 지속적인 네트워크 운영의 안정성을 확보하는 방안을 찾습니다.

2. 컨트롤 플레인 작업 및 문제의 정의

• 2-1. 컨트롤 플레인의 기능과 역할

• Cisco Catalyst 9000 스위치에서 컨트롤 플레인은 스위치의 CPU와 관련된 다양한 기능과 트래픽을 조정하는 역할을 합니다. 이 플레인은 STP(Spanning Tree Protocol), HSRP(Hot Standby Router Protocol)와 같은 라우팅 프로토콜 및 SSH(Secure Shell), SNMP(Simple Network Management Protocol)와 같은 애플리케이션 레이어 프로토콜을 처리합니다. 컨트롤 플레인의 주요 기능은 하드웨어에서 패킷을 가능한 한 빠르게 전달하되, 특정 트래픽 유형이 CPU에서 처리될 수 있도록 하는 것입니다. Catalyst 9000 스위치 제품군은 기본적으로 CoPP(Control Plane Policing) 메커니즘을 통합하여 CPU의 트래픽 과포화 문제를 예방하고 있으며, 정상적인 작동에서 이러한 기능은 중요한 역할을 합니다.

• 2-2. CPU 트래픽 처리의 중요성

• CPU에서 처리되는 트래픽의 양은 스위치의 성능과 안정성에 직접적인 영향을 미칩니다. Catalyst 9000 스위치에서는 CPU 당 최대 약 19,000pps(packets-per-second)를 지원하며, 이 임계값을 초과하는 트래픽은 CPU에서 폴리싱됩니다. 과도한 트래픽이 발생할 경우, 이는 운영 문제로 이어질 수 있으므로, CPU의 트래픽 처리능력을 적절히 관리하는 것이 필수적입니다. CoPP는 이러한 CPU 바운드 트래픽을 여러 클래스로 그룹화하여 처리하며, 각 클래스에 따른 POLICER를 사용하여 CPU의 과포화를 방지합니다. 이 같은 관리 체계를 통해 스위치의 성능을 극대화할 수 있습니다.

3. CPU 과부하 문제 및 CoPP 메커니즘

• 3-1. CPU 과부하의 원인

• Catalyst 9000 스위치의 기본 작업은 가능한 한 빨리 패킷을 전달하는 것입니다. 대부분의 패킷은 하드웨어에서 전달되지만 특정 트래픽 유형은 시스템 CPU에서 처리해야 합니다. CPU에 도착하는 트래픽은 최대한 빨리 처리되지만, 과도한 트래픽이 발생할 경우 운영 문제가 발생할 수 있습니다. Catalyst 9000 스위치 제품군은 최대 약 19,000pps(packets-per-second)의 트래픽을 CPU에서 지원합니다. 이 임계값을 초과하는 펀트된 트래픽은 가중치 없이 폴리싱되어야 하며, 이는 CPU 과부하로 이어질 수 있습니다.

• 3-2. CoPP의 기능과 작동 원리

• CoPP(Control Plane Policing)는 Catalyst 9000 스위치에서 CPU 보호의 기초가 되는 메커니즘입니다. CoPP는 시스템에서 생성된 QoS(Quality of Service) 정책이 CPU 주입 경로에 적용되도록 합니다. CPU 바운드 트래픽은 여러 클래스으로 그룹화되며, 각 클래스는 하드웨어 폴리서와 연계됩니다. CoPP는 CPU의 과포화를 방지하기 위한 폴리서를 통해 작동하며, 각 클래스별로 정의된 대기열을 사용합니다. 시스템은 기본적으로 32개의 대기열을 지원하며, 이는 플랫폼에 따라 다르게 설정될 수 있습니다.

4. CPU 사용률 및 트래픽 분석

• 4-1. CPU 사용률 측정 및 분석 방법

• Cisco IOS® XE를 실행하는 Catalyst 9000 스위치에서 CPU 사용률은 다양한 프로세스와 중단에 의해 영향을 받습니다. CPU 사용률을 평가하기 위해 'show processes cpu sorted' 명령을 사용할 수 있으며, 이 명령은 최근 5초, 1분, 5분 동안의 CPU 사용률을 보여줍니다. 예를 들어, CPU 사용률이 92%/13%로 표시되는 경우, 5초 동안의 프로세스 기반 사용률이 92%이며, 중단으로 인한 사용률이 13%임을 나타냅니다. 또한, 각 프로세스의 실행 시간과 호출 횟수, 사용률을 확인하여 CPU 리소스를 소비하는 주체를 파악할 수 있습니다. 이러한 방법론은 CPU 바인딩 트래픽에 대한 세부 정보를 신속하게 제공하며, CoPP(Control Plane Policing) 통계를 관리하는 데도 유용합니다.

• 4-2. 트래픽 유형에 따른 CPU 사용률 변화

• Catalyst 9000 스위치는 다양한 트래픽 유형에 따라 CPU 사용률 변화를 경험할 수 있습니다. 스위치의 기본 작업은 패킷 전달이지만, 특정 트래픽은 시스템 CPU에서 처리해야 하며, 이로 인해 CPU에 도착하는 트래픽이 많아질 경우 과도한 CPU 사용이 발생할 수 있습니다. CoPP 메커니즘이 CPU 과부하를 방지하는 데 중요한 역할을 하며, 특정 대기열은 트래픽 유형별로 그룹화되어 CPU와 연결된 하드웨어 폴리서 간에 매핑됩니다. 예를 들어, CPU에서 처리해야 할 트래픽의 특정 클래스는 CPU의 과포화를 방지하는 데 기여합니다. 스위치에서 단위 시간 동안 처리할 수 있는 패킷 수는 약 19,000pps이며, 이 임계값을 초과할 경우 트래픽은 폴리싱되어 처리됩니다. 트래픽의 종류에 따라 CPU 처리 방식이 달라지므로, 이를 충분히 분석하여 적절한 대응을 마련하는 것이 필수적입니다.

5. 문제 해결을 위한 접근 방법

• 5-1. 문제 해결을 위한 워크플로우

• Cisco Catalyst 9000 스위치의 컨트롤 플레인 문제에 대한 접근 방법을 제시합니다. 이 문제를 해결하기 위해서는 스위치의 기본 작업 원리를 이해해야 합니다. 기본적으로 스위치는 가능한 한 빨리 패킷을 전달하며, 대부분의 패킷은 하드웨어를 통해 처리됩니다. 그러나 특정 트래픽 유형은 시스템 CPU에서 처리해야 하므로 CPU의 과포화가 문제를 일으킬 수 있습니다. 이 문서에서는 스위치의 CPU 상태를 점검하고, CoPP(Control Plane Policing) 메커니즘을 활용하여 CPU 보호를 위한 조치를 논의합니다. 또한, 과거의 경험에 기반하여 몇 가지 일반적인 시나리오를 통해 문제를 파악하는 데 도움이 되는 도구를 제공하며, 이를 관리하기 위한 유용한 명령어 및 절차를 포함하고 있습니다.

• 5-2. 트래픽 모니터링 도구 사용

• 트래픽 모니터링 도구는 Catalyst 9000 스위치의 CPU 사용률 및 CoPP 통계를 감시하는 데 필수적입니다. 이러한 도구는 CPU 바운드 트래픽의 인그레스 지점을 신속하게 확인하고, 스위치의 CPU 사용률을 효과적으로 관리할 수 있는 정보를 제공합니다. 예를 들어 "show processes cpu sorted" 명령을 통해 CPU 사용률 및 프로세스별 활동을 확인할 수 있습니다. 이 명령은 프로세스별 CPU 사용량을 정렬된 형태로 보여 주어, 가장 많은 리소스를 소비하는 프로세스를 파악할 수 있습니다.

6. 일반적인 문제 시나리오와 해결 사례

• 6-1. 일반적인 CPU 펀트 경로 문제

• Cisco Catalyst 9000 스위치의 기본 작동은 패킷을 가능한 한 빠르게 전달하는 것으로, 대부분의 패킷은 하드웨어에서 처리됩니다. 그러나 특정 트래픽 유형은 시스템 CPU에서 처리해야 하며, 이로 인해 CPU에 도착하는 트래픽의 양이 과도해질 경우 운영 문제가 발생할 수 있습니다. 이러한 트래픽은 CPU가 지원할 수 있는 탄력적 한계를 초과할 수 있으며, Catalyst 9000 스위치 제품군은 약 19,000 packets-per-second(packets-per-second, pps)를 CPU에서 처리할 수 있습니다. 이 임계값을 초과하면 CPU의 과부하가 발생하게 됩니다.

• 6-2. CoPP 설정 변경을 통한 문제 해결

• Catalyst 9000 스위치 제품군에 통합된 CoPP(Control Plane Policing) 메커니즘은 CPU 트래픽 과포화를 방지하기 위한 강력한 기능입니다. CoPP를 통해 트래픽이 여러 가지 클래스 및 대기열로 구분되어 CPU에 부담을 줄이는 방식으로 운영됩니다. 사용자는 CoPP 폴리서의 속도를 조정할 수 있으며, 대기열을 비활성화하여 특정 트래픽 클래스의 CPU 과부하를 관리할 수 있습니다. 예를 들어, 'show policy-map control-plane' 명령을 통해 적용된 정책을 확인할 수 있으며, 이는 CoPP의 드롭 발생 및 CPU 사용 패턴을 분석하는 데 유용한 정보를 제공합니다.

7. 결론 및 향후 연구 방향

• 7-1. 주요 발견 및 의미

• 이 리포트는 Cisco Catalyst 9000 스위치의 컨트롤 플레인 문제를 분석하였습니다. 스위치의 기본 작동 원리는 가능한 한 빨리 패킷을 전달하는 것입니다. 대부분의 패킷은 하드웨어에서 처리되지만, 특정 트래픽 유형은 CPU에서 처리가 필요합니다. 이 때, CPU 과포화가 발생할 수 있는데, Catalyst 9000 스위치 제품군은 CoPP(Control Plane Policing) 메커니즘을 통해 CPU의 트래픽 과포화를 막기 위해 설계되었습니다. CPU에서 최대 약 19,000pps(packets-per-second)의 트래픽을 처리할 수 있으며, 이 임계값을 초과한 트래픽은 폴리싱 됩니다. 이러한 분석은 네트워크 관리 및 최적화에 있어 중요한 기초 자료가 될 것입니다.

• 7-2. 미래 연구 방향 제안

• 향후 연구에서는 다양한 트래픽 패턴과 환경에서의 CoPP 설정 효과를 더욱 깊이 있게 분석하는 것이 필요할 것입니다. 특히, CPU 사용률과 트래픽 유형의 관계를 보다 자세히 조사하여, 예기치 않은 문제가 발생하는 경우를 대비한 실용적인 해결 방안을 모색하는 과정이 중요합니다.

결론

• 리포트는 Catalyst 9000 스위치의 컨트롤 플레인 문제에 대한 주요 원인을 분석하고, CoPP 메커니즘을 통해 CPU 과부하를 효과적으로 관리할 수 있는 방법을 제안합니다. CPU 사용률과 다양한 트래픽 유형의 관계를 이해하는 것은 네트워크 안정성과 운영의 핵심으로, 이 분석 결과는 네트워크 관리와 최적화에 중요한 기초 자료가 됩니다. 한계점으로는 CoPP 설정이 모든 상황에서 동일한 결과를 보장하지 않는다는 점을 들 수 있으며, 향후 연구에서는 더 다양한 트래픽 패턴에 대한 CoPP 효과를 분석하여 더욱 실용적인 해결 방안을 제시할 필요가 있습니다. 이를 통해 Catalyst 9000 스위치의 운영 효율성을 지속적으로 개선할 수 있습니다.

용어집

• Catalyst 9000 [제품]: Cisco의 최신 스위치 제품군으로, 고성능 네트워킹과 다양한 기능을 제공. CoPP와 같은 고급 기능을 통해 네트워크 안정성과 보안을 강화하는 역할을 수행.

• CoPP (Control Plane Policing) [기술]: 스위치의 CPU 트래픽을 관리하기 위한 QoS 정책으로, 특정 트래픽 유형에 의해 CPU가 과부하되는 것을 방지하는 데 도움을 줍니다.

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