Pourquoi les boucles de commutation sont dangereuses

Les liaisons redondantes rendent les réseaux plus fiables, mais dans un réseau commuté, elles peuvent créer un problème critique : une boucle de commutation. Une boucle se forme lorsqu’il existe au moins deux chemins entre des commutateurs et que les trames circulent sans fin. Contrairement à une connexion lente, une boucle peut mettre tout un réseau hors service en quelques secondes. Cette leçon explique comment les boucles se forment et pourquoi elles sont si destructrices.

Pour comprendre les boucles, rappelez-vous comment les commutateurs traitent le trafic inconnu ou de diffusion. Lorsqu’un commutateur reçoit une trame de diffusion ou une trame destinée à une destination qu’il n’a pas encore apprise, il inonde tous ses ports, sauf celui par lequel la trame est arrivée. Cet envoi généralisé est normal et utile. Mais lorsqu’une boucle existe dans la topologie, l’inondation devient un désastre incontrôlable.

Supposons que deux commutateurs soient reliés par deux câbles, formant ainsi une boucle. Une diffusion arrive sur le commutateur A, qui l’inonde vers le commutateur B par les deux liaisons. Le commutateur B la renvoie vers le commutateur A par les deux liaisons. Le commutateur A l’inonde de nouveau, et la trame se multiplie et circule sans aucun mécanisme pour l’arrêter. Une trame de couche 2 ne possède aucun délai d’expiration intégré permettant de mettre fin au cycle.

Le résultat est une tempête de diffusion : les copies des trames se multiplient de façon exponentielle et saturent toutes les liaisons. La bande passante est occupée par le trafic en boucle, les processeurs des commutateurs sont fortement sollicités pour traiter l’inondation et le trafic légitime ne peut plus passer. Le réseau cesse pratiquement de fonctionner. Une seule boucle peut paralyser un site entier en quelques secondes, raison pour laquelle les boucles sont considérées comme des urgences.

Les boucles causent un deuxième problème : l’instabilité de la table d’adresses MAC. Un commutateur apprend sur quel port se trouve un appareil grâce à l’adresse source des trames entrantes. Lorsque des trames en boucle arrivent par plusieurs ports, le commutateur change constamment d’avis sur l’emplacement de l’appareil et fait passer l’entrée d’un port à l’autre. Cette confusion fausse les décisions d’acheminement et aggrave le chaos.

Les routeurs évitent les boucles infinies parce que les paquets IP contiennent un compteur TTL (durée de vie) qui atteint zéro et entraîne la suppression du paquet. Mais les trames Ethernet de couche 2 ne possèdent aucun champ TTL. Rien dans la trame ne décompte le temps restant ni n’entraîne son expiration. Ainsi, une trame en boucle à la couche 2 peut circuler indéfiniment jusqu’à ce qu’une personne rompe la boucle ou qu’un protocole l’en empêche.

Les boucles sont rarement créées intentionnellement. Elles surviennent souvent par accident : quelqu’un branche les deux extrémités d’un câble de raccordement sur le même commutateur, relie deux prises murales entre elles ou chaîne incorrectement des commutateurs non administrables. Comme les symptômes apparaissent soudainement et touchent tout le monde, les boucles accidentelles sont une cause classique de la perte simultanée de connectivité dans tout un bureau.

Les signes d’une boucle comprennent un ralentissement extrême ou une panne de l’ensemble du réseau, des voyants d’état des commutateurs qui clignotent frénétiquement et simultanément, ainsi qu’une utilisation très élevée du processeur des commutateurs. Les requêtes ping expirent dans tout le réseau. Si la connectivité s’effondre juste après le déplacement d’un câble ou l’ajout d’un appareil, suspectez une boucle et recherchez le chemin redondant nouvellement créé.

La solution immédiate consiste à rompre la boucle en débranchant le câble redondant responsable. Une fois le second chemin supprimé, l’inondation ne peut plus circuler et la tempête disparaît presque instantanément. C’est pourquoi, face à une panne totale soudaine, les techniciens commencent souvent par débrancher les liaisons récemment ajoutées afin de vérifier si le réseau récupère.

Vous ne devez pas compter sur les personnes pour éviter toutes les boucles, et la redondance est précieuse pour la fiabilité. La véritable solution est un protocole automatique qui autorise les liaisons redondantes, mais bloque celles qui formeraient une boucle, tout en les gardant prêtes à servir de secours. Ce protocole est le protocole Spanning Tree, sujet de la prochaine leçon. Il s’agit de la protection standard contre les boucles de commutation.

Les boucles de commutation sont l’une des pannes les plus perturbatrices qu’un réseau puisse subir et elles figurent à l’examen Network+. Retenez la chaîne suivante : un chemin redondant entraîne une inondation, l’inondation entraîne une tempête de diffusion et une instabilité de la table MAC, et, en l’absence de TTL à la couche 2, la tempête ne s’arrête jamais d’elle-même. C’est précisément pour cette raison que la prévention des boucles existe.

Une boucle de commutation se forme lorsque des chemins redondants permettent aux commutateurs d’inonder les diffusions en cercle. Comme les trames Ethernet de couche 2 ne possèdent pas de TTL, la boucle ne prend jamais fin et produit une tempête de diffusion qui sature les liaisons et fait fortement augmenter l’utilisation des processeurs des commutateurs, ainsi qu’une instabilité de la table MAC lorsque les entrées changent constamment de port. Les boucles sont souvent accidentelles et peuvent paralyser un site entier en quelques secondes. La solution durable est un protocole automatique de prévention des boucles : le protocole Spanning Tree.