Perché i loop di switching sono pericolosi

I collegamenti ridondanti rendono le reti più affidabili, ma in una rete commutata possono creare un problema dagli effetti devastanti: un loop di switching. Un loop si forma quando tra gli switch esistono due o più percorsi e i frame circolano senza fine. A differenza di una connessione lenta, un loop può mettere fuori uso un'intera rete in pochi secondi. Questa lezione spiega come si formano i loop e perché sono così distruttivi.

Per comprendere i loop, ricordi come gli switch gestiscono il traffico sconosciuto o broadcast. Quando uno switch riceve un frame broadcast, oppure un frame destinato a una destinazione che non ha ancora appreso, esegue il flooding del frame da tutte le porte tranne quella da cui è arrivato. Questo flooding è normale e utile. Tuttavia, quando nella topologia è presente un loop, il flooding si trasforma in un disastro incontrollabile.

Supponiamo che due switch siano collegati da due cavi, formando un loop. Un broadcast entra nello Switch A, che lo inoltra tramite flooding allo Switch B su entrambi i collegamenti. Lo Switch B lo inoltra tramite flooding di nuovo allo Switch A su entrambi i collegamenti. Lo Switch A lo inoltra nuovamente e il frame si moltiplica e circola senza che nulla possa fermarlo. Un frame di livello 2 non ha una scadenza integrata che interrompa il ciclo.

Il risultato è una tempesta di broadcast: le copie dei frame si moltiplicano in modo esplosivo, saturando ogni collegamento. La larghezza di banda viene occupata dal traffico in loop, le CPU degli switch raggiungono livelli elevati nel tentativo di elaborare il flooding e il traffico legittimo non riesce a passare. Di fatto, la rete smette di funzionare. Un singolo loop può paralizzare un'intera sede in pochi secondi, perciò i loop vengono trattati come emergenze.

I loop causano un secondo problema: l'instabilità della tabella degli indirizzi MAC. Uno switch apprende la porta a cui è connesso un dispositivo usando l'indirizzo sorgente dei frame in ingresso. Quando i frame in loop arrivano su più porte, lo switch continua a cambiare idea sulla posizione del dispositivo, facendo oscillare la voce tra le porte. Questa confusione altera le decisioni di inoltro e aggrava il caos.

I router evitano i loop senza fine perché i pacchetti IP contengono un contatore TTL (Time To Live) che diminuisce fino a zero, causando lo scarto del pacchetto. Tuttavia, i frame Ethernet di livello 2 non hanno un campo TTL. Nel frame non c'è nulla che esegua il conto alla rovescia o ne provochi la scadenza. Di conseguenza, un frame in loop al livello 2 può circolare per sempre, finché una persona non interrompe il loop o un protocollo non lo previene.

I loop raramente vengono creati intenzionalmente. Spesso si verificano per errore: qualcuno collega entrambe le estremità di un cavo patch allo stesso switch, collega tra loro due prese a muro oppure collega in cascata uno switch non gestito in modo errato. Poiché i sintomi compaiono all'improvviso e coinvolgono tutti, i loop accidentali sono una causa tipica della perdita simultanea di connettività in un intero ufficio.

Tra i segnali di un loop vi sono il rallentamento estremo o il mancato funzionamento dell'intera rete, le spie di stato degli switch che lampeggiano freneticamente e all'unisono e un utilizzo molto elevato della CPU sugli switch. I ping scadono in tutta la rete. Se la connettività crolla subito dopo che qualcuno ha spostato un cavo o aggiunto un dispositivo, sospetti un loop e cerchi il percorso ridondante appena creato.

La soluzione immediata consiste nell'interrompere il loop scollegando il cavo ridondante che lo causa. Una volta rimosso il secondo percorso, il flooding non ha più modo di circolare e la tempesta si esaurisce quasi istantaneamente. Per questo, di fronte a un'improvvisa interruzione totale, i tecnici spesso iniziano scollegando i collegamenti aggiunti di recente per verificare se la rete riprende a funzionare.

Non dovrebbe affidarsi alle persone per evitare ogni loop, e la ridondanza è preziosa per l'affidabilità. La vera soluzione è un protocollo automatico che consenta di mantenere i collegamenti ridondanti, ma blocchi quelli che formerebbero un loop, lasciandoli pronti come backup. Questo protocollo è lo Spanning Tree Protocol, argomento della prossima lezione. È la difesa standard contro i loop di switching.

I loop di switching sono tra i guasti più problematici che una rete possa subire e sono presenti nell'esame Network+. Comprenda la sequenza: un percorso ridondante porta al flooding, il flooding porta a una tempesta di broadcast e all'instabilità della tabella MAC e, in assenza di un TTL di livello 2, la tempesta non termina autonomamente. È proprio questa la ragione per cui esiste la prevenzione dei loop.

Metta alla prova le Sue conoscenze sui loop.

Un loop di switching si forma quando i percorsi ridondanti consentono agli switch di eseguire il flooding dei broadcast facendoli circolare. Poiché i frame Ethernet di livello 2 non hanno un TTL, il loop non termina mai e produce una tempesta di broadcast che satura i collegamenti e fa aumentare bruscamente l'utilizzo delle CPU degli switch, oltre a causare instabilità della tabella MAC mentre le voci oscillano. I loop sono spesso accidentali e possono paralizzare un'intera sede in pochi secondi. La soluzione definitiva è un protocollo automatico di prevenzione dei loop: Spanning Tree.