เหตุใดลูปของสวิตช์จึงอันตราย

ลิงก์สำรองช่วยเพิ่มความน่าเชื่อถือให้เครือข่าย แต่ในเครือข่ายที่ใช้สวิตช์ ลิงก์เหล่านี้อาจสร้างปัญหาร้ายแรงได้ นั่นคือ วงวนการสวิตช์ วงวนเกิดขึ้นเมื่อมีเส้นทางตั้งแต่สองเส้นทางขึ้นไประหว่างสวิตช์ แล้วเฟรมวนซ้ำไม่รู้จบ ต่างจากการเชื่อมต่อที่ช้า วงวนสามารถทำให้เครือข่ายทั้งระบบหยุดทำงานได้ภายในไม่กี่วินาที บทเรียนนี้จะอธิบายว่าวงวนเกิดขึ้นได้อย่างไร และเหตุใดจึงสร้างความเสียหายอย่างมาก

เพื่อทำความเข้าใจวงวน ให้ทบทวนวิธีที่สวิตช์จัดการกับทราฟฟิกที่ไม่ทราบปลายทางหรือทราฟฟิกบรอดแคสต์ เมื่อสวิตช์ได้รับเฟรมบรอดแคสต์ หรือเฟรมที่มีปลายทางซึ่งยังไม่เคยเรียนรู้ สวิตช์จะ กระจาย เฟรมนั้นออกทุกพอร์ต ยกเว้นพอร์ตที่เฟรมเข้ามา การกระจายลักษณะนี้เป็นเรื่องปกติและมีประโยชน์ แต่เมื่อโทโพโลยีมีวงวน การกระจายจะกลายเป็นหายนะที่ขยายตัวอย่างควบคุมไม่ได้

สมมติว่าสวิตช์สองตัวเชื่อมต่อกันด้วยสายสองเส้นจนเกิดเป็นวงวน เมื่อบรอดแคสต์เข้าสู่สวิตช์ A สวิตช์จะกระจายเฟรมนั้นไปยังสวิตช์ B ผ่านลิงก์ทั้งสองเส้น จากนั้นสวิตช์ B จะกระจายเฟรมกลับไปยังสวิตช์ A ผ่านลิงก์ทั้งสองเส้น สวิตช์ A ก็กระจายเฟรมซ้ำอีกครั้ง ทำให้เฟรมเพิ่มจำนวนและวนไปเรื่อย ๆ โดยไม่มีสิ่งใดหยุดได้ เฟรมในชั้นที่ 2 ไม่มีการหมดอายุในตัวเพื่อยุติวงจรนี้

ผลลัพธ์คือ พายุบรอดแคสต์ ซึ่งสำเนาของเฟรมจะเพิ่มจำนวนขึ้นอย่างรวดเร็วและทำให้ลิงก์ทุกเส้นเต็ม แบนด์วิดท์ถูกใช้ไปกับทราฟฟิกที่วนซ้ำ CPU ของสวิตช์ทำงานหนักขึ้นเพื่อประมวลผลการกระจาย และทราฟฟิกที่ถูกต้องไม่สามารถผ่านไปได้ เครือข่ายจึงแทบหยุดทำงาน วงวนเพียงวงเดียวอาจทำให้ทั้งไซต์เป็นอัมพาตภายในไม่กี่วินาที จึงถือว่าวงวนเป็นเหตุฉุกเฉิน

วงวนยังก่อให้เกิดปัญหาอีกอย่างหนึ่ง คือ ความไม่เสถียรของตารางที่อยู่ MAC สวิตช์จะเรียนรู้ว่าอุปกรณ์อยู่ที่พอร์ตใดจากที่อยู่ต้นทางของเฟรมขาเข้า เมื่อเฟรมที่วนซ้ำเข้ามาทางหลายพอร์ต สวิตช์จะเปลี่ยนการคาดคะเนอยู่ตลอดว่าอุปกรณ์นั้นอยู่ที่ใด ทำให้รายการสลับไปมาระหว่างพอร์ตต่าง ๆ ความสับสนนี้ทำให้การตัดสินใจส่งต่อข้อมูลผิดพลาดและทำให้ความวุ่นวายรุนแรงขึ้น

เราเตอร์หลีกเลี่ยงวงวนไม่รู้จบได้ เพราะแพ็กเก็ต IP มีตัวนับ TTL (อายุการใช้งาน) ซึ่งลดลงจนเป็นศูนย์และทำให้แพ็กเก็ตถูกทิ้ง แต่เฟรมอีเทอร์เน็ตชั้นที่ 2 ไม่มีฟิลด์ TTL ไม่มีสิ่งใดในเฟรมที่นับถอยหลังหรือหมดอายุ ดังนั้นเฟรมที่วนอยู่ในชั้นที่ 2 จึงสามารถวนไปได้ตลอด จนกว่าคนจะตัดวงวนหรือโพรโทคอลจะป้องกันไว้

โดยทั่วไปวงวนไม่ได้เกิดจากความตั้งใจ แต่มักเกิดขึ้นโดยบังเอิญ เช่น มีคนเสียบปลายทั้งสองด้านของสายแพตช์เข้ากับสวิตช์ตัวเดียวกัน เชื่อมต่อช่องเสียบผนังสองช่องเข้าด้วยกัน หรือเชื่อมต่อสวิตช์ที่ไม่มีการจัดการต่อกันเป็นทอด ๆ อย่างไม่ถูกต้อง เนื่องจากอาการเกิดขึ้นฉับพลันและส่งผลกระทบต่อทุกคน วงวนโดยไม่ตั้งใจจึงเป็นสาเหตุคลาสสิกที่ทำให้สำนักงานทั้งแห่งขาดการเชื่อมต่อพร้อมกัน

สัญญาณของวงวน ได้แก่ เครือข่ายทั้งระบบช้าลงจนแทบใช้งานไม่ได้หรือใช้งานไม่ได้เลย ไฟสถานะของสวิตช์กะพริบอย่างถี่รัวพร้อมกัน และสวิตช์มีการใช้ CPU สูงมาก การส่ง ping หมดเวลาทั่วทั้งเครือข่าย หากการเชื่อมต่อล่มทันทีหลังจากมีคนย้ายสายหรือเพิ่มอุปกรณ์ ให้สงสัยว่าน่าจะเกิดวงวน และค้นหาเส้นทางสำรองที่เพิ่งถูกสร้างขึ้น

วิธีแก้ไขทันทีคือทำลายวงวนโดยถอดสายสำรองที่ก่อปัญหาออก เมื่อตัดเส้นทางที่สองออกแล้ว การกระจายก็จะไม่มีเส้นทางให้วนต่อ และพายุก็จะสงบลงแทบจะทันที ด้วยเหตุนี้ เมื่อช่างเทคนิคพบเหตุขัดข้องทั้งระบบอย่างฉับพลัน พวกเขามักเริ่มด้วยการถอดลิงก์ที่เพิ่งเพิ่ม เพื่อดูว่าเครือข่ายจะกลับมาใช้งานได้หรือไม่

คุณไม่ควรพึ่งพามนุษย์ให้หลีกเลี่ยงวงวนได้ทุกครั้ง และความซ้ำซ้อนก็มีคุณค่าในด้านความน่าเชื่อถือ ทางออกที่แท้จริงคือโพรโทคอลอัตโนมัติที่อนุญาตให้มีลิงก์สำรอง แต่บล็อกลิงก์ที่จะทำให้เกิดวงวน พร้อมเก็บลิงก์เหล่านั้นไว้เป็นข้อมูลสำรอง โพรโทคอลดังกล่าวคือ โพรโทคอลสแปนนิงทรี ซึ่งเป็นหัวข้อของบทเรียนถัดไป และเป็นมาตรฐานในการป้องกันวงวนการสวิตช์

วงวนการสวิตช์เป็นหนึ่งในความขัดข้องที่สร้างความเสียหายต่อเครือข่ายมากที่สุด และเป็นหัวข้อที่ปรากฏในการสอบ Network+ โปรดเข้าใจลำดับเหตุการณ์ดังนี้ เส้นทางสำรองนำไปสู่การกระจาย การกระจายนำไปสู่พายุบรอดแคสต์และความไม่เสถียรของตาราง MAC และเมื่อไม่มี TTL ในชั้นที่ 2 พายุก็จะไม่หยุดลงเอง ความเข้าใจนี้เองคือเหตุผลที่ต้องมีการป้องกันวงวน

ทดสอบความรู้เกี่ยวกับวงวนของคุณ

วงวนการสวิตช์เกิดขึ้นเมื่อเส้นทางสำรองเปิดโอกาสให้สวิตช์ กระจายบรอดแคสต์วนเป็นวงกลม เนื่องจากเฟรมอีเทอร์เน็ตชั้นที่ 2 ไม่มี TTL วงวนจึงไม่สิ้นสุด และทำให้เกิด พายุบรอดแคสต์ที่ใช้ลิงก์จนเต็มและทำให้ CPU ของสวิตช์ทำงานสูงขึ้น อีกทั้งยังทำให้เกิด ความไม่เสถียรของตาราง MAC เนื่องจากรายการสลับพอร์ตไปมา วงวนมักเกิดขึ้นโดยไม่ตั้งใจและสามารถทำให้ทั้งไซต์เป็นอัมพาตได้ภายในไม่กี่วินาที วิธีแก้ไขที่ยั่งยืนคือโพรโทคอลป้องกันวงวนอัตโนมัติ นั่นคือ Spanning Tree