Hvorfor svitsjesløyfer er farlige

Redundante forbindelser gjør nettverk mer pålitelige, men i et switchet nettverk kan de skape et alvorlig problem: en switching-loop. En loop oppstår når det finnes to eller flere veier mellom switcher, slik at rammer sirkulerer uten ende. I motsetning til en treg forbindelse kan en loop slå ut et helt nettverk på få sekunder. Denne leksjonen forklarer hvordan looper oppstår, og hvorfor de er så ødeleggende.

For å forstå looper må De huske hvordan switcher håndterer ukjent trafikk og kringkastningstrafikk. Når en switch mottar en kringkastingsramme, eller en ramme til en destinasjon den ennå ikke har lært, flooder den rammen ut gjennom alle porter bortsett fra porten den kom inn på. Denne flooding-en er normal og nyttig. Men med en loop i topologien blir flooding til en løpsk katastrofe.

Anta at to switcher er koblet sammen med to kabler, slik at det dannes en loop. En kringkastingsramme kommer inn i Switch A, som flooder den til Switch B over begge forbindelsene. Switch B flooder den tilbake til Switch A over begge forbindelsene. Switch A flooder den på nytt, og rammen blir mangfoldiggjort og sirkulerer uten noe som stopper den. Det finnes ingen innebygd utløpstid i en lag 2-ramme som avslutter syklusen.

Resultatet er en broadcast storm: kopier av rammer mangfoldiggjøres eksplosivt og metter alle forbindelser. Båndbredden fylles med loopende trafikk, CPU-belastningen på switchene øker kraftig når de prøver å behandle floodingen, og legitim trafikk kommer ikke gjennom. Nettverket slutter i praksis å fungere. Én enkelt loop kan lamme et helt sted på få sekunder, og derfor behandles looper som nødsituasjoner.

Looper skaper et annet problem: ustabilitet i MAC-adressetabellen. En switch lærer hvilken port en enhet er koblet til, ved hjelp av kildeadressen i innkommende rammer. Når loopende rammer kommer inn på flere porter, endrer switchen hele tiden oppfatning av hvor enheten befinner seg, slik at oppføringen flapper mellom portene. Denne forvirringen ødelegger videresendingsbeslutningene og forverrer kaoset.

Rutere unngår endeløse looper fordi IP-pakker inneholder en TTL-teller (Time To Live) som telles ned til null, slik at pakken forkastes. Ethernet-rammer på lag 2 har derimot ingen TTL-felt. Ingenting i selve rammen telles ned eller utløper. Derfor kan en loopende ramme på lag 2 sirkulere for alltid, helt til en person bryter loopen eller en protokoll forhindrer den.

Looper opprettes sjelden med vilje. De oppstår ofte ved et uhell: noen kobler begge endene av en patchkabel til samme switch, kobler to vegguttak sammen eller kjedekobler en ikke-administrerbar switch på feil måte. Fordi symptomene oppstår plutselig og påvirker alle, er utilsiktede looper en klassisk årsak til at et helt kontor mister forbindelsen samtidig.

Tegn på en loop er blant annet at hele nettverket blir svært tregt eller slutter å fungere, at statuslysene på switchene blinker voldsomt og samtidig, og at switchene får svært høy CPU-belastning. Ping-forespørsler får tidsavbrudd i hele nettverket. Hvis forbindelsen bryter sammen rett etter at noen flyttet en kabel eller la til en enhet, bør De mistenke en loop og se etter den nyopprettede redundante veien.

Det umiddelbare tiltaket er å bryte loopen ved å koble fra den overflødige kabelen som forårsaker problemet. Når den andre veien er borte, har floodingen ingen steder å sirkulere, og stormen dør ut nesten umiddelbart. Derfor begynner teknikere som opplever et plutselig, fullstendig utfall, ofte med å koble fra nylig tilkoblede forbindelser for å se om nettverket gjenopprettes.

De bør ikke stole på at mennesker unngår alle looper, og redundans er verdifullt for påliteligheten. Den egentlige løsningen er en automatisk protokoll som tillater redundante forbindelser, men blokkerer dem som ville dannet en loop, samtidig som de holdes klare som sikkerhetskopier. Denne protokollen er Spanning Tree Protocol, som er temaet for neste leksjon. Den er standardforsvaret mot switching-looper.

Switching-looper er blant de mest forstyrrende feilene et nettverk kan rammes av, og de kan komme på Network+-eksamenen. Forstå sammenhengen: En redundant vei fører til flooding, flooding fører til en kringkastingsstorm og ustabilitet i MAC-tabellen, og uten TTL på lag 2 tar stormen ikke slutt av seg selv. Det er nettopp derfor det finnes mekanismer for å forhindre looper.

En switching-loop oppstår når redundante veier lar switcher flood kringkastinger rundt i en sirkel. Siden lag 2-Ethernet-rammer ikke har TTL, tar loopen aldri slutt. Det skaper en broadcast storm som metter forbindelser og gir høy CPU-belastning på switchene, i tillegg til ustabilitet i MAC-tabellen når oppføringer flapper. Looper oppstår ofte ved et uhell og kan lamme et helt sted på få sekunder. Den varige løsningen er en automatisk protokoll for å forhindre looper: Spanning Tree.