Por qué son peligrosos los bucles de switching

Los enlaces redundantes hacen que las redes sean más fiables, pero en una red con switches pueden crear un problema grave: un bucle de switching. Un bucle se forma cuando hay dos o más rutas entre switches y las tramas circulan sin fin. A diferencia de una conexión lenta, un bucle puede dejar fuera de servicio toda una red en cuestión de segundos. En esta lección se explica cómo se forman los bucles y por qué son tan destructivos.

Para entender los bucles, recuerde cómo gestionan los switches el tráfico desconocido o de broadcast. Cuando un switch recibe una trama de broadcast o una trama destinada a un destino que aún no ha aprendido, hace flooding de la trama por todos los puertos excepto por aquel por el que llegó. Este flooding es normal y útil. Sin embargo, cuando hay un bucle en la topología, el flooding se convierte en un desastre fuera de control.

Suponga que dos switches están conectados mediante dos cables, formando un bucle. Un broadcast entra en el Switch A, que hace flooding hacia el Switch B por ambos enlaces. El Switch B lo devuelve al Switch A por ambos enlaces. El Switch A vuelve a hacer flooding y la trama se multiplica y circula sin nada que la detenga. Las tramas de capa 2 no tienen un mecanismo de expiración incorporado que ponga fin al ciclo.

El resultado es una tormenta de broadcast: las copias de las tramas se multiplican de forma explosiva y saturan todos los enlaces. El ancho de banda se consume con tráfico en bucle, las CPU de los switches se disparan al intentar procesar el flooding y el tráfico legítimo no puede pasar. En la práctica, la red deja de funcionar. Un solo bucle puede paralizar un sitio entero en cuestión de segundos, por lo que los bucles se consideran emergencias.

Los bucles causan un segundo problema: la inestabilidad de la tabla de direcciones MAC. Un switch aprende en qué puerto se encuentra un dispositivo a partir de la dirección de origen de las tramas entrantes. Cuando las tramas en bucle llegan por varios puertos, el switch cambia continuamente de opinión sobre dónde se encuentra el dispositivo y hace que la entrada oscile entre los puertos. Esta confusión corrompe las decisiones de reenvío y empeora el caos.

Los routers evitan los bucles interminables porque los paquetes IP llevan un contador TTL (Time To Live) que disminuye hasta cero y descarta el paquete. Sin embargo, las tramas Ethernet de capa 2 no tienen un campo TTL. Nada en la propia trama realiza una cuenta regresiva ni provoca su expiración. Por eso, una trama en bucle de capa 2 puede circular eternamente hasta que una persona rompe el bucle o un protocolo lo impide.

Los bucles rara vez se crean intencionadamente. A menudo ocurren por accidente: alguien conecta ambos extremos de un cable de conexión al mismo switch, conecta entre sí dos tomas de pared o conecta incorrectamente en cadena un switch no administrado. Como los síntomas aparecen de repente y afectan a todos, los bucles accidentales son una causa clásica de que toda una oficina pierda la conectividad al mismo tiempo.

Entre las señales de un bucle se incluyen que toda la red se ralentice hasta volverse inutilizable o deje de funcionar, que las luces de estado de los switches parpadeen frenéticamente y al unísono, y que las CPU de los switches presenten un uso muy elevado. Los pings agotan el tiempo de espera en toda la red. Si la conectividad se interrumpe justo después de que alguien haya movido un cable o añadido un dispositivo, sospeche de un bucle y busque la ruta redundante recién creada.

La solución inmediata consiste en romper el bucle desconectando el cable redundante que lo provoca. Una vez eliminada la segunda ruta, el flooding ya no puede circular y la tormenta desaparece casi de inmediato. Por eso, ante una interrupción total y repentina, los técnicos suelen empezar por desconectar los enlaces añadidos recientemente para comprobar si la red se recupera.

No debe depender de las personas para evitar todos los bucles, y la redundancia es valiosa para la fiabilidad. La solución real es un protocolo automático que permita los enlaces redundantes, pero bloquee los que formarían un bucle y los mantenga listos como respaldo. Ese protocolo es Spanning Tree Protocol, el tema de la próxima lección. Es la defensa estándar contra los bucles de switching.

Los bucles de switching son una de las fallas más disruptivas que puede sufrir una red y aparecen en el examen Network+. Comprenda la secuencia: una ruta redundante provoca flooding; el flooding provoca una tormenta de broadcast e inestabilidad de la tabla MAC; y, al no existir un TTL de capa 2, la tormenta no termina por sí sola. Precisamente por eso existe la prevención de bucles.

Ponga a prueba sus conocimientos sobre los bucles.

Un bucle de switching se forma cuando las rutas redundantes permiten que los switches hagan flooding de los broadcasts en círculo. Como las tramas Ethernet de capa 2 no tienen TTL, el bucle nunca termina y produce una tormenta de broadcast que satura los enlaces y dispara el uso de las CPU de los switches, además de provocar inestabilidad de la tabla MAC al hacer oscilar las entradas. Los bucles suelen ser accidentales y pueden paralizar un sitio entero en cuestión de segundos. La solución duradera es un protocolo automático de prevención de bucles: Spanning Tree.