学习记录：二层网络环路相关

Posted 2021-08-15 河边小咸鱼

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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了学习记录：二层网络环路相关相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

学习记录

上周实习过程中由于对此相关内容不熟悉，造成了事故。由此对相关内容加强学习，特此记录。

一、交换机相关

总的来说，交换机是一种基于MAC地址识别，能完成封装转发数据包功能的网络设备。
在实习中，我接触到的应该都是第二层交换机(数据链路层)。其内部存在着一个映射表，记录着设备MAC地址与交换机端口之间的关系。
当交换机从某端口收到一个数据包，它首先读取包头中的源MAC地址，这样它就知道源MAC地址的机器是连在哪个端口上的。随后它再去读取包头中的目的MAC地址，并在地址表中查找相应的端口，如果表中有与这目的MAC地址对应的端口，则把数据包通过该端口进行传输；如果在表中找不到相应的端口则把数据包广播到所有端口上，当目的机器对源机器回应时，交换机又可以记录目的MAC地址与哪个端口对应，在下次传送数据时就不再需要对所有端口进行广播了。

总结
交换机内维护了一张表，其中记录了MAC地址与端口的对应关系。当交换机收到包时，会首先更新包源MAC地址与端口的关系。随后读取包的目标MAC地址，接着在映射表内进行查询，此时有两种结果：
1.如果目标MAC地址已经被记录，则直接通过对应的端口进行转发。
2.如果目标MAC地址未被记录，则所有的端口都进行发包操作即广播(即泛洪)，来确保包能被交换机转发出去。
而当目标MAC地址的设备收到包进行回应时，则回到流程第一步的“当交换机收到包时”，此时会更新映射表，添加该MAC地址与端口的对应关系。今后这两台设备进行通信时，交换机则不会再进行广播操作而是直接找到相应端口进行转发。

二、网络环路的产生

环路大概就是：A交换机网络从B交换机网络收到了要发给X的消息，随后再次转发给B交换机网络(其中A和B网络所属可能是同一台交换机)，这样该消息就会在A和B网络中不断被转发，造成环路问题。
原因大多是因为线路连接问题或是硬件设备自身的问题。

三、网络环路的影响

首先的影响就是MAC地址表震荡。因为交换机收到包时会进行表的更新，即交换机在收到包时会更新该包源端口与设备MAC之间的映射关系。但是如果构成环路的话，则代表该路由器会在不同的端口收到同一个包，该包源MAC地址是相同的，则MAC地址表中的映射关系会一直发生“跳跃”，即表内同一个MAC地址在不同的端口上进行“跳跃”，这便是MAC地址表的震荡。
随后最大的影响便是广播风暴。因为造成了环路，且在二层交换机中是没有TTL机制来约束包的转发的，所以数据包会在环路内被无限次的转发，由此造成广播风暴。更严重的是可能数据包在环路内不是单播而是广播(比如说该包的源和目的相同，则由于MAC地址表震荡造成泛洪)，由此对相关资源的消耗更为巨大。
同时网络环路也可能造成重复数据帧。当拓扑关系出现问题时，可能会出现多端口可致目的MAC地址，则数据可能会在广播中被复制转发，目的地则会收到相同的两份数据。当出现环路时，这两份数据会转发给初始交换机，重复上述操作，造成数据不断的被复制，从而占用越来越多的资源。

四、如何避免网络环路

最简单的方法就是设定生存时间值TTL，来避免无限次的转发从而避免环路带来的广播风暴等影响。但是二层交换机不支持该内容，且这样是治标不治本，环路并没有被解决。
随后我们可以引入一些算法和破坏协议来避免网络环路，使可以及时发现并切断网络环路。
当然在日常接线中，也要注意，从根本上避免网络环路的产生。例如：