Hvorfor switching-loops er farlige

Redundante forbindelser gør netværk mere pålidelige, men i et switched netværk kan de skabe et alvorligt problem: en switching-loop. En loop opstår, når der er to eller flere stier mellem switches, og frames cirkulerer uendeligt. I modsætning til en langsom forbindelse kan en loop få et helt netværk til at gå ned på få sekunder. Denne lektion forklarer, hvordan loops opstår, og hvorfor de er så ødelæggende.

For at forstå loops skal du huske, hvordan switches håndterer ukendt trafik og broadcast-trafik. Når en switch modtager en broadcast-frame eller en frame til en destination, den endnu ikke har lært, flooder den framen ud gennem alle porte undtagen den, den kom ind på. Denne flooding er normal og nyttig. Men med en loop i topologien bliver flooding til en ukontrollerbar katastrofe.

Forestil dig, at to switches er forbundet med to kabler, så der dannes en loop. En broadcast kommer ind på Switch A, som flooder den til Switch B gennem begge forbindelser. Switch B flooder den tilbage til Switch A gennem begge forbindelser. Switch A flooder den igen, og framen formerer sig og cirkulerer uden noget, der kan stoppe den. Der er ingen indbygget udløbstid på en layer-2-frame, som kan afslutte cyklussen.

Resultatet er en broadcast-storm: kopier af frames formerer sig eksplosivt og mætter alle forbindelser. Båndbredden fyldes med trafik, der kører i loop, switchenes CPU-forbrug stiger voldsomt, fordi de forsøger at behandle floodingen, og legitim trafik kan ikke komme igennem. Netværket holder i praksis op med at fungere. En enkelt loop kan lamme et helt sted på få sekunder, og derfor behandles loops som nødsituationer.

Loops skaber et andet problem: ustabilitet i MAC-adressetabellen. En switch lærer, hvilken port en enhed er tilsluttet, ud fra kildeadressen på indgående frames. Når frames i loop ankommer på flere porte, bliver switchen ved med at ændre opfattelse af, hvor enheden befinder sig, så posten skifter mellem portene. Denne forvirring ødelægger videresendelsesbeslutningerne og forværrer kaosset.

Routere undgår uendelige loops, fordi IP-pakker har en TTL (Time To Live)-tæller, der når nul og kasserer pakken. Men layer-2-Ethernetframes har ingen TTL-felt. Intet i framen tæller ned eller udløber. Derfor kan en frame, der kører i loop på layer 2, cirkulere for evigt, indtil et menneske bryder loopet, eller en protokol forhindrer det.

Loops bliver sjældent oprettet med vilje. De opstår ofte ved et uheld: nogen sætter begge ender af et patchkabel i den samme switch, forbinder to vægudtag med hinanden eller kædeforbinder en unmanaged switch forkert. Fordi symptomerne opstår pludseligt og påvirker alle, er utilsigtede loops en klassisk årsag til, at et helt kontor mister forbindelsen på én gang.

Tegn på en loop er blandt andet, at hele netværket bliver ekstremt langsomt eller svigter, at switchenes statuslamper blinker voldsomt og samtidigt, og at switchenes CPU-forbrug er meget højt. Ping-anmodninger får timeout på hele netværket. Hvis forbindelsen bryder sammen lige efter, at nogen har flyttet et kabel eller tilføjet en enhed, skal du mistænke en loop og lede efter den nyoprettede redundante sti.

Den umiddelbare løsning er at bryde loopet ved at frakoble det overflødige redundante kabel. Når den anden sti er væk, har floodingen ingen mulighed for at cirkulere, og stormen dør næsten øjeblikkeligt. Derfor begynder teknikere, når de står over for et pludseligt totalt nedbrud, ofte med at frakoble forbindelser, der for nylig er blevet tilføjet, for at se, om netværket kommer sig.

Du bør ikke stole på, at mennesker kan undgå enhver loop, og redundans er værdifuld for driftssikkerheden. Den rigtige løsning er en automatisk protokol, der tillader redundante forbindelser, men blokerer dem, der ville danne en loop, samtidig med at de er klar som backups. Den protokol er Spanning Tree Protocol, som er emnet i den næste lektion. Det er standardforsvaret mod switching-loops.

Switching-loops er blandt de mest forstyrrende fejl, et netværk kan rammes af, og de indgår i Network+-eksamen. Forstå sammenhængen: En redundant sti fører til flooding, flooding fører til en broadcast-storm og ustabilitet i MAC-tabellen, og uden en layer-2-TTL stopper stormen ikke af sig selv. Det er netop denne forståelse, der forklarer, hvorfor loop-forebyggelse findes.

En switching-loop opstår, når redundante stier får switches til at floode broadcasts rundt i en cirkel. Uden TTL på layer-2-Ethernetframes stopper loopet aldrig, og det skaber en broadcast-storm, der mætter forbindelserne og får switchenes CPU-forbrug til at stige voldsomt. Samtidig opstår der ustabilitet i MAC-tabellen, når poster skifter mellem porte. Loops opstår ofte ved et uheld og kan lamme et helt sted på få sekunder. Den varige løsning er en automatisk protokol til loop-forebyggelse: Spanning Tree.