Force10 – Hash-Kollisionen und wie man sie vermeidet

Beispiel-Protokolleintrag:

May 20 19:12:20: %EX8PB:2 %MACAGT-2-HASH_COLLISION_LOG: Mac:00:02:e8:d6:58:20/Vlan:203 could not be added to L2 CAM on portpipe 2 linecard 2 due to hash collision. Gesamtzahl der Hash-Kollisionen: 30211

May 20 19:12:20: %EX8PB:2 %MACAGT-2-HASH_COLLISION_LOG: Mac:00:02:e8:d6:58:20/Vlan:203 could not be added to L2 CAM on portpipe 3 linecard 2 due to hash collision. Gesamtzahl der Hash-Kollisionen: 31979

Funktionsweise:

In der Switch-CAM-Tabelle gibt es eine bestimmte Anzahl von Einträgen, die der "Host-Tabelle" zugeordnet sind. Diese enthält einen Teil für ARP on/32-Netzwerke und einen bestimmten Betrag für alle anderen Einträge.

Wenn beispielsweise 1024 Indexwerte vorhanden sind, die auf Arrays mit 8 Speicherplätzen verweisen, kann jeder Indexwert acht Werte enthalten. Alle 8 in einem Array können ARPs sein. Insgesamt können jedoch ARP-Einträge über alle Standorte hinweg den für diese Funktion bestimmten Teil nicht überschreiten. Verschiedene Switches haben unterschiedliche Werte.

Beim Hinzufügen eines ARP-Eintrags für eine IP-Adresse zum CAM des Switches berechnet der Switching-Chip anhand der IP-Adresse einen Indexwert (0-1023), und der ARP-Eintrag wird an der Stelle gespeichert, auf die dieser Hash-Algorithmus verweist.

In bestimmten Fällen möchte der Hash-Algorithmus den Index an einem Ort speichern, an dem alle Speicherplätze verwendet werden, und es tritt eine Hash-Kollision auf.

Wenn eine IP-Adresse auf eine Hash-Kollision trifft, wird der ARP-Eintrag nicht zum CAM hinzugefügt.  Stattdessen muss die CPU sie in ihre Softwaretabelle laden. Wenn der Traffic zu dieser IP weitergeleitet werden muss, kann der Switch dies nicht hardwareseitig tun.  Dieser Traffic wird dann an die CPU weitergeleitet und über Soft-Forwarding weitergeleitet.  Dies führt zu einer zusätzlichen Belastung der CPU.  Dies führt tendenziell zu einer Latenz für den angegebenen Pfad. In bestimmten Fällen kann die Soft-Forwarding-Funktion die Fähigkeit der CPU zur Verarbeitung übersteigen und zu Paketverlust führen.

Problemumgehungen für Hash-Fehler:

Upgrade auf Software mit DUAL-HASHING-Funktion. Bestimmte Plattformen ab Version 9.3 können Dual-Hashing ausführen. Dual-Hashing-Unterstützung ist für L2- und L3-Tabellen verfügbar. Diese Funktion ist auf allen Plattformen, auf denen 9.3 ausgeführt wird, standardmäßig aktiviert. Der Switch versucht, die Tabellen neu zu hashen und neu zu ordnen, um neue Einträge aufzunehmen, wenn eine Hash-Kollision auftritt.

Hinzufügen einer Routing-Ebene.  Für Core-Switch-Hash-Fehler.  Um diese Einschränkung zu überwinden, verwenden Sie am besten ein Top-of-Rack-Design (TOR) und ermöglichen das Routing zwischen den TORs und Core-Switches.  Auf diese Weise können Sie die Größe der ARP-Tabelle im Core reduzieren.  Fügen Sie diese Routing-Schicht zwischen den einzelnen Hosts hinzu, sodass der Core nicht mehr alle ARP-Einträge der einzelnen Hosts lernen muss.

Timeout-ARP reduzieren. Standardeinstellung ist 4 Stunden. Durch die Reduzierung der Verweildauer von ARPs können häufiger neue ARP-Einträge eingeführt werden. Dies führt natürlich auch dazu, dass alle Einträge schneller durchlaufen werden und der ARP-Traffic für die angeschlossenen Netzwerke erhöht wird.

Verteilen von IP-Adressen im angeschlossenen L3-Netzwerk.  Es kann eine Zuordnung ALLER möglichen IP-Adressen in wichtigen Subnetzen zu den entsprechenden Hash-Werten erstellt werden, dies ist jedoch äußerst umständlich. IPs können dann neu verteilt werden, um Hash-Fehler zu vermeiden. Dies ist die am wenigsten wirksame kurzfristige Fehlerbehebung.