لماذا تعد حلقات التحويل خطيرة

تجعل الوصلات الزائدة الشبكات أكثر موثوقية، لكنها قد تسبب في الشبكات المعتمدة على المحوّلات مشكلة خطيرة: حلقة تحويل. تتشكل الحلقة عند وجود مسارين أو أكثر بين المحوّلات، فتدور الإطارات بلا نهاية. وعلى خلاف الاتصال البطيء، يمكن للحلقة أن تعطل شبكة كاملة خلال ثوانٍ. يشرح هذا الدرس كيفية تشكل الحلقات وسبب تدميرها للشبكات.

لفهم الحلقات، تذكّروا كيفية تعامل المحوّلات مع حركة المرور غير المعروفة أو الموجّهة بالبث. عندما يستقبل المحوّل إطار بث، أو إطارًا لوجهة لم يتعلمها بعد، فإنه يغمر الإطار عبر كل منفذ باستثناء المنفذ الذي دخل منه. هذا الإغراق طبيعي ومفيد. لكن عند وجود حلقة في البنية، يتحول الإغراق إلى كارثة خارجة عن السيطرة.

لنفترض أن محوّلين متصلان بكبلين، ما يؤدي إلى تشكيل حلقة. يدخل بث إلى المحوّل A، فيغمره إلى المحوّل B عبر الوصلتين. ثم يعيده المحوّل B إلى المحوّل A عبر الوصلتين. ويغمره المحوّل A مرة أخرى، فيتكاثر الإطار ويدور من دون ما يوقفه. لا توجد آلية انتهاء مضمّنة في إطار الطبقة الثانية لإنهاء الدورة.

تكون النتيجة عاصفة بث: تتكاثر نسخ الإطارات بشكل هائل، فتشبع كل وصلة. وتمتلئ سعة النطاق بحركة المرور الدائرة، وترتفع أحمال وحدات المعالجة المركزية في المحوّلات أثناء محاولة معالجة الإغراق، ولا تتمكن حركة المرور المشروعة من العبور. وتتوقف الشبكة عمليًا عن العمل. يمكن لحلقة واحدة أن تشل موقعًا كاملًا خلال ثوانٍ، ولذلك تُعامل الحلقات كحالات طارئة.

تسبب الحلقات مشكلة ثانية: عدم استقرار جدول عناوين MAC. يتعلم المحوّل المنفذ الذي يوجد عليه الجهاز من عنوان المصدر في الإطارات الواردة. وعندما تصل الإطارات الدائرة عبر منافذ متعددة، يواصل المحوّل تغيير اعتقاده بشأن موضع الجهاز، فتتنقل المدخلة بين المنافذ. يؤدي هذا الارتباك إلى إفساد قرارات التمرير وزيادة الفوضى.

تتجنب الموجّهات الحلقات التي لا تنتهي لأن حزم IP تحمل عدّاد TTL (مدة البقاء)، ينخفض إلى الصفر فتُتخلّص الحزمة منها. لكن إطارات Ethernet في الطبقة الثانية لا تحتوي على حقل TTL. فلا يوجد في الإطار نفسه ما يُعِدّ تنازليًا أو تنتهي صلاحيته. لذلك يمكن لإطار يدور في حلقة بالطبقة الثانية أن يستمر في الدوران إلى الأبد، حتى يكسر شخص الحلقة أو يمنعها بروتوكول ما.

نادرًا ما تُنشأ الحلقات عمدًا. وغالبًا ما تحدث بالخطأ: كأن يوصل شخص طرفي كبل توصيل بالمحوّل نفسه، أو يصل مقبسي حائط ببعضهما، أو يربط محوّلًا غير مُدار بطريقة متسلسلة غير صحيحة. ولأن الأعراض تظهر فجأة وتؤثر في الجميع، تُعد الحلقات غير المقصودة سببًا شائعًا لفقدان مكتب كامل الاتصال دفعة واحدة.

تشمل علامات الحلقة تباطؤ الشبكة بالكامل إلى حد شديد أو تعطلها، ووميض مصابيح حالة المحوّلات بسرعة وبالتزامن، وارتفاع استخدام وحدة المعالجة المركزية في المحوّلات بدرجة كبيرة. تنتهي مهلات اختبار الاتصال عبر الشبكة كلها. إذا انهار الاتصال مباشرة بعد أن نقل شخص كبلًا أو أضاف جهازًا، فاشتبِهوا في وجود حلقة وابحثوا عن المسار الزائد الذي أُنشئ حديثًا.

الحل الفوري هو كسر الحلقة بفصل الكبل الزائد المتسبب فيها. وبمجرد زوال المسار الثاني، لا يعود للإغراق مسار يدور فيه، فتخمد العاصفة شبه فورًا. ولهذا يبدأ الفنيون، عند مواجهة انقطاع شامل مفاجئ، غالبًا بفصل الوصلات التي أُضيفت حديثًا لمعرفة ما إذا كانت الشبكة ستتعافى.

لا ينبغي الاعتماد على البشر لتجنب كل حلقة، كما أن التكرار مفيد للموثوقية. والحل الحقيقي هو بروتوكول تلقائي يسمح بالوصلات الزائدة، لكنه يحظر الوصلات التي قد تشكل حلقة، مع إبقائها جاهزة كنسخ احتياطية. هذا البروتوكول هو Spanning Tree Protocol، وموضوع الدرس التالي. وهو وسيلة الحماية القياسية من حلقات التحويل.

تُعد حلقات التحويل من أكثر الأعطال إحداثًا للاضطراب التي قد تصيب الشبكة، كما تظهر في اختبار Network+. افهموا التسلسل التالي: يؤدي المسار الزائد إلى الإغراق، ويؤدي الإغراق إلى عاصفة بث وعدم استقرار جدول MAC، ومع عدم وجود TTL في الطبقة الثانية لا تنتهي العاصفة تلقائيًا. وهذا الفهم تحديدًا هو سبب وجود منع الحلقات.

اختبروا معرفتكم بالحلقات.

تتشكل حلقة تحويل عندما تسمح المسارات الزائدة للمحوّلات بإغراق عمليات البث في دائرة. وبما أن إطارات Ethernet في الطبقة الثانية لا تحتوي على TTL، لا تنتهي الحلقة، فتنتج عاصفة بث تشبع الوصلات وترفع أحمال وحدات المعالجة المركزية في المحوّلات، إضافة إلى عدم استقرار جدول MAC مع تنقل المدخلات بين المنافذ. وغالبًا ما تحدث الحلقات بالخطأ، ويمكنها شل موقع كامل خلال ثوانٍ. والحل الدائم هو بروتوكول تلقائي لمنع الحلقات: Spanning Tree.