Varför switchloopar är farliga

Redundanta länkar gör nätverk mer tillförlitliga, men i ett switchat nätverk kan de skapa ett allvarligt problem: en switchningsloop. En loop uppstår när det finns två eller fler vägar mellan switchar och ramar cirkulerar utan slut. Till skillnad från en långsam anslutning kan en loop slå ut ett helt nätverk på några sekunder. Den här lektionen förklarar hur loopar uppstår och varför de är så destruktiva.

För att förstå loopar kan ni påminna er om hur switchar hanterar okänd trafik och broadcasttrafik. När en switch tar emot en broadcast-ram, eller en ram till en destination som den ännu inte har lärt sig, flodar den ut ramen genom alla portar utom den port där den kom in. Den här floodingen är normal och användbar. Men med en loop i topologin blir floodingen en okontrollerad katastrof.

Anta att två switchar är anslutna med två kablar och bildar en loop. En broadcast kommer in i Switch A, som floodar den till Switch B över båda länkarna. Switch B floodar den tillbaka till Switch A över båda länkarna. Switch A floodar den igen, och ramen mångfaldigas och cirkulerar utan något som kan stoppa den. En ram på lager 2 har ingen inbyggd förfallotid som avslutar cykeln.

Resultatet blir en broadcaststorm: kopior av ramar mångfaldigas explosionsartat och överbelastar varje länk. Bandbredden fylls av cirkulerande trafik, switcharnas processorer belastas kraftigt när de försöker hantera floodingen och legitim trafik kommer inte fram. Nätverket slutar i praktiken att fungera. En enda loop kan paralysera en hel plats på några sekunder, vilket är anledningen till att loopar betraktas som akuta fel.

Loopar orsakar ett ytterligare problem: instabilitet i MAC-adresstabellen. En switch lär sig vilken port en enhet finns på genom källadressen i inkommande ramar. När loopande ramar kommer in via flera portar ändrar switchen hela tiden uppfattning om var enheten finns och låter posten växla mellan portarna. Denna förvirring förstör besluten om vidarebefordran och förvärrar kaoset.

Routrar undviker ändlösa loopar eftersom IP-paket innehåller en räknare för TTL (Time To Live) som minskar till noll, varpå paketet kasseras. Ethernet-ramar på lager 2 har däremot inget TTL-fält. Ingenting i själva ramen räknas ned eller löper ut. Därför kan en loopande ram på lager 2 cirkulera för evigt tills en person bryter loopen eller ett protokoll förhindrar den.

Loopar skapas sällan med avsikt. De uppstår ofta av misstag: någon ansluter båda ändarna av en patchkabel till samma switch, kopplar ihop två vägguttag eller kopplar flera switchar i serie på fel sätt med en unmanaged switch. Eftersom symtomen uppstår plötsligt och påverkar alla är oavsiktliga loopar en klassisk orsak till att ett helt kontor förlorar anslutningen på en gång.

Tecken på en loop är bland annat att hela nätverket blir mycket långsamt eller slutar fungera, att switcharnas statuslampor blinkar intensivt och samtidigt samt att switcharnas CPU-användning är mycket hög. Pingförfrågningar får timeout i hela nätverket. Om anslutningen kollapsar direkt efter att någon har flyttat en kabel eller lagt till en enhet bör ni misstänka en loop och leta efter den nyligen skapade redundanta vägen.

Den omedelbara lösningen är att bryta loopen genom att koppla bort den felaktiga redundanta kabeln. När den andra vägen är borta finns det ingenstans för floodingen att cirkulera, och stormen dör nästan omedelbart. Därför börjar tekniker som ställs inför ett plötsligt totalt avbrott ofta med att koppla ur nyligen tillagda länkar för att se om nätverket återhämtar sig.

Ni bör inte förlita er på att människor undviker varje loop, och redundans är värdefullt för tillförlitligheten. Den verkliga lösningen är ett automatiskt protokoll som tillåter redundanta länkar men blockerar de länkar som skulle bilda en loop, samtidigt som de hålls redo som reserver. Det protokollet är Spanning Tree Protocol, som är ämnet för nästa lektion. Det är standardförsvaret mot switchningsloopar.

Switchningsloopar är ett av de mest störande felen som kan drabba ett nätverk, och de förekommer på Network+-provet. Förstå sambandet: en redundant väg leder till flooding, flooding leder till en broadcaststorm och instabilitet i MAC-tabellen, och utan TTL på lager 2 tar stormen inte slut av sig själv. Det är exakt därför det finns funktioner för att förhindra loopar.

En switchningsloop uppstår när redundanta vägar gör att switchar floodar broadcasts i en cirkel. Eftersom Ethernet-ramar på lager 2 saknar TTL tar loopen aldrig slut och skapar en broadcaststorm som överbelastar länkar och belastar switcharnas processorer kraftigt. Dessutom uppstår instabilitet i MAC-tabellen när poster växlar mellan portar. Loopar är ofta oavsiktliga och kan paralysera en hel plats på några sekunder. Den varaktiga lösningen är ett automatiskt protokoll för att förhindra loopar: Spanning Tree.