交换环路为何危险

冗余链路可以提高网络可靠性，但在交换网络中也可能造成一个致命问题：交换环路。当交换机之间存在两条或更多路径，帧不断循环时，就会形成环路。与缓慢的连接不同，环路可以在几秒内使整个网络瘫痪。本课将解释环路如何形成，以及它们为何具有如此强的破坏性。

要理解环路，请回想交换机如何处理未知流量或广播流量。当交换机收到广播帧，或收到发往尚未学习到的目标的帧时，它会将帧从除接收端口之外的所有端口泛洪出去。这种泛洪是正常且有用的。但如果拓扑中存在环路，泛洪就会演变成失控的灾难。

假设两台交换机通过两根网线连接，形成一个环路。广播进入交换机 A 后，交换机 A 会通过两条链路将其泛洪到交换机 B。交换机 B 又通过两条链路将其泛洪回交换机 A。交换机 A 再次进行泛洪，帧不断复制并循环，没有任何东西能够阻止它。二层帧没有内置的过期机制来结束这个循环。

结果就是广播风暴：帧的副本呈爆炸式增长，使每条链路都达到饱和。带宽被循环流量耗尽，交换机 CPU 为处理泛洪而负载飙升，正常流量也无法通过。网络实际上会停止工作。单个环路就能在几秒内使整个站点瘫痪，因此环路会被视为紧急故障。

环路还会造成第二个问题：MAC 地址表不稳定。交换机根据接收帧的源地址，学习设备连接在哪个端口。当循环帧从多个端口到达时，交换机会不断改变对设备所在位置的判断，使表项在不同端口之间来回跳变。这种混乱会破坏转发决策，并进一步加剧混乱。

路由器能够避免无限循环，因为 IP 数据包携带一个TTL（生存时间）计数器，计数器降为零后数据包就会被丢弃。但二层以太网帧没有 TTL 字段。帧本身没有任何机制会倒计时或使其过期。因此，二层中的循环帧可能永远循环，除非人为中断环路，或由某个协议阻止它。

环路很少是人为故意创建的。它们通常由意外造成：有人将跳线的两端都插入同一台交换机，将两个墙壁插座互相连接，或错误地串接了非网管交换机。由于症状会突然出现并影响所有人，意外环路是整个办公室同时失去连接的典型原因。

环路的迹象包括：整个网络速度变得极慢或完全失效，交换机状态灯疯狂且同步地闪烁，以及交换机 CPU 占用率极高。整个网络的 Ping 都会超时。如果有人移动网线或添加设备后连接立即中断，请怀疑存在环路，并寻找新形成的冗余路径。

立即的解决办法是断开造成问题的冗余网线，以打破环路。第二条路径消失后，泛洪就无处循环，风暴几乎会立即停止。因此，技术人员遇到突然的全面中断时，通常会先拔掉最近添加的链路，查看网络是否恢复。

您不应依赖人来避免每一个环路，而且冗余对于可靠性很有价值。真正的解决方案是使用一种自动协议：允许存在冗余链路，但阻塞会形成环路的链路，同时将它们保留为备用链路。该协议就是生成树协议，也是下一课的主题。它是防止交换环路的标准方案。

交换环路是网络可能遭遇的破坏性最强的故障之一，也是 Network+ 考试涉及的内容。请理解这一连串因果关系：冗余路径导致泛洪，泛洪导致广播风暴和 MAC 表不稳定，而由于二层没有 TTL，风暴不会自行结束。正因为如此，才需要环路预防机制。

测试您对环路的了解。

当冗余路径让交换机将广播泛洪成环形传播时，就会形成交换环路。由于二层以太网帧没有TTL，环路永远不会结束，从而产生广播风暴，使链路饱和并导致交换机 CPU 负载飙升，同时还会造成表项来回跳变，形成MAC 表不稳定。环路通常是意外形成的，并可能在几秒内使整个站点瘫痪。持久的解决办法是使用自动环路预防协议：生成树。