千兆交换机组网实战：二层传输正常，三层转发性能骤降排查

三层交换机在进行路由转发时，没有启用硬件加速功能，导致CPU负载飙升，网络测速上不去。一个值得怀疑的点是，设备长时间运行可能引发了内部异常。

本期分享的案例，正是关于有线网络的一个典型问题。

背景介绍

这是一位个人用户，他购买了一台某品牌的三层交换机来搭建家庭网络。网络环境比较简单：本地有几台NAS设备，主要用于存放高清视频、游戏等大文件，供局域网内高速访问。

拓扑结构大致如下：路由器——千兆交换机——PC和NAS等设备。

原本使用一切正常，PC从NAS设备上网和拷贝文件都非常快，速度能稳定达到理论值1Gbps。但最近用户来了兴致，想对网络进行更细致的规划，打算将NAS、PC等设备划分到不同的网段，于是就调整了配置，新的拓扑变为：路由器（VLAN1）——千兆交换机（VLAN10）——PC和NAS。

其中，VLAN1作为管理网段，包含了路由器和交换机的管理地址；VLAN101作为终端网段，包含了PC和NAS等设备。

结果配置完成后发现，上网速度变得极慢：

实际测速结果仅在10Mbps左右。也就是说，原来所有设备都在同一个VLAN内时工作正常，现在将路由器和终端划分到不同VLAN，由交换机作为核心进行跨网段转发，网络就卡顿了。

排查思路

这类问题的排查方向很清晰：拓扑改变后，只有交换机成为了核心转发节点。因此，VLAN101到VLAN1之间的数据传输，问题很可能就出在交换机这个核心设备上。所以，我们的检查重点应该放在交换机的运行状态上。

排查分析

(1) 第一步：确认交换机端口速率和配置

测速只有十兆，我们首先得排除端口速率或网线质量这类基础问题。现场检查后确认，端口协商速率均处于千兆状态，网线质量也过关。随后我们又检查了相关配置，如下：

interface gigabitethernet0/11
 exit
interface gigabitethernet0/12
 switchport access vlan 101
 exit
interface gigabitethernet0/13
 switchport access vlan 101
 exit
interface vlan 1
 ip address 192.168.101.1 255.255.255.0
 ip nat inside
 exit

配置看起来也没什么异常点。下一步，检查交换机的CPU和内存使用情况。

(2) 第二步：测速时观察设备的CPU和内存表现

在测速时我们发现，交换机在初始状态下CPU占用率约为15%左右，而一开始测速，CPU占用率就飙升到了50%：

这看起来像是交换机在进行三层转发时，数据包没有走硬件加速通道，而是走了CPU进行“软转发”，从而导致了异常。后来咨询了设备厂商的技术支持，确认这确实是设备的一个已知问题。

(3) 第三步：进一步查看设备运行状态

后来我们进一步查看发现，用户的这台设备居然已经持续运行了199天。

设备跑这么久，或多或少都会积累一些问题吧？于是尝试重启了设备。果然，重启后网络立刻恢复了正常。

原理及解决方案

问题原因：三层交换机在做跨VLAN路由转发时，未能启用硬件加速，所有流量都由CPU进行转发处理，导致CPU负载过高，进而使网络测速不达标。一个合理的怀疑是设备长时间运行导致了内部状态异常。

解决方案：重启交换机设备，即可恢复正常。