以太网交换机环路产生的原因及分析方法

齐石

69098部队 西藏阿里地区 859700

摘 要：现代企业在发展过程中基本都会应用网络，但在长期使用中可能会出现以太网交换机环路，如未能对其及时处理则可能引发严重网络故障，非专业人士会通过插拔网线进行检测，但如果网络环境复杂则难以判断，可见这一传统方式并不适用，基于此下面将对以太网交换机环路产生的原因进行分析，并提出了预防交换机环路的具体方法。

关键词：以太网；交换机；环路；原因分析

前 言：

在网络设备连接中，单一链路连接中可能受到多种原因影响而出现网络中断的问题，因此会选用组网方式完成构建，在备份链路中交换机相互连接，为了能够切实保证网络的稳定性，通过冗余链路提高网络的稳定性，但这样可能在运行过程中出现环路，出现广播风暴造成网络拥塞，导致电力自动化系统无法正确传输电力设备的状态信息，后续工作难以顺利进行，下面将对此进行分析。

1 以太网交换机环路原理

1.1交换机传输

交换机是数据链路层的设备，其从端口接收数据包，能够读取数据包头部中的源MAC地址，从地址表中查找对应的端口，识别数据包中的各类相关信息，并在交换机中维护地址表，将这些MAC地址与对应的端口记录在自身内部的一个地址表中，随后将数据包直接发送到该端口上完成数据传输。同时，如果在地址表中找不到对应的端口，交换机可以根据MAC地址转发数据包，记录这一目的MAC地址与哪个端口，获知源MAC地址的设备连接位置，以此将数据包从哪个端口转发出去，在下次传送数据时不再需要对所有端口进行广播，不断循环此过程。

1.2交换机环路

交换机环路的场景较为直观，其中设备自环为一根网线分别布置在2个端口上，相互连接形成环路，设备开启时会发出地址解析协议询问，若两台交换机之间只有1条链路，那么报文通过1号端口进入后会从2号端口发出去，此信息记录在交换机的地址表中，设备收到广播信息后发送应答消息，网络中发送的广播报文数据量增加，收到广播后会进行拓展，如此往复循环便会形成广播风暴，最终导致交换机无法正常通信^[1]。

2 以太网交换机环路产生的原因分析

交换机是参考模型中数据链路层的设备，可以识别数据包中的MAC地址信息将地址与对应的端口记录在地址表中，且可以对自身路由信息表进行更新维护，当数据包从某一个端口到达交换机时，数据包头部中的源MAC地址传输，把数据包直接发送到该端口上，在读取数据后发送至维护地址表。网络环路主要有三层交换网络环路和二层交换网络环路，如果在地址表中找不到对应的端口，负责IP数据包的转发和路由选择，设备收到广播包并做出回应，当网络结构发生变化时，用户的数据包不停地在网络上循环发送，造成网络资源严重浪费，最终引起网络阻塞中断，但在建设后期不会发生。交换网络发生于网络的数据链路层及物理层，环路主要由于用户的连接使用不当而产生，ARP包在网络中不断循环，网络环路链路的冗余备份无法交换MAC地址信息，出现多播或广播数据风暴，最终二层网络引起阻塞，是网络中最难处理也是最易发生的故障之一^[2]。

3 以太网交换机环路判断与定位

3.1交换机环路问题判断

网络操作、设置不当都有可能影响运行环境，因此运维人员可以根据实际情况判断是否存在交换机环路。

3.1.1广播风暴

网络存在环路会出现连接中断，问题发生后要详细分析无法正常通信的原因，如果位于局域网中的设备出大量广播，交换机无法正常转发用价值的数据，可借助抓包工具对其所占比例进行判断，了解是蠕虫等网络病毒广播风暴还是环路广播风暴，结合相关标准保证最终结果的准确性。

3.1.2MAC 地址漂移

出现环路问题会使网路难以继续连接，需要根据环路故障的具体情况进行判断，如在同一个虚拟局域网内MAC地址有2个出接口，如果某一接口覆盖了原出接口，交换机内部便会出现MAC地址漂移，此时需要读取数据包的源MAC，将数据包信息记录在端口地址表中，查找出数据包端口进行判断^[3]。

3.2交换机环路问题定位

在对交换机环路的基本情况有所了解之后，可以通过以下方法来对其环路问题进行定位，具体如以下几点。

3.2.1借助统计功能

交换机的端口具有较为先进的统计功能，根据流量的多少可以对广播包的成长速度进行读取，借助统计功能查找接口广播包比例，若接口中的流量很大，很可能在该端口下出现了广播风暴，需要对该端口进行进一步核查，此方法不会对当前网络造成影响，是当前常见的定位方式之一。

3.2.2借助自动检测

在以太网通信端口中，交换机设备定时对端口进行扫描，当检测到环路时依照端口参数上报，以此进行定位。自动检测即利用报文功能对主要内容进行检测，如果存在环路需要将故障的具体信息以日志的形式上报，可以在常规的条件下进行定位，但只有在临界的时间中才能定位出来，需要结合实际情况合理选择。

4 以太网交换机环路预防策略

4.1开启交换机生成树协议

现代企业一般需要保持网络畅通才能进行运行，树协议是避免交换设备物理环路混乱的技术，使用生成树协议的网络允许物理上的环路存在，起到为局域网提供冗余链路的效果。实际应用过程中需要让交换机之间达成一致的协议，主链路发生故障时其他端口通过协议恢复转发数据，进而避免出现交换机环路的情况，但设备互联时STP协议可能失效，应用中可结合实际进行优化，避免因影响网络通信，保证交换机可以为网路的顺利运行服务^[4]。

4.2设置 VLAN缩小广播域

除使用交换机自带的生成树协议自动阻断环路,可配置VLAN.进行端口流量限制，通过理规划避免傻瓜式的交换机配置。如对于智能变电站等对网络可靠性要求较高的场景,采用支持组播协议的专用交换机以避免发生广播风暴，交换机设备由于运行不慎出现了环路的问题，可通过生成控制使其被限制在VLAN内部，对网络各个影响整体的部分进行规划与管理，从而减小受影响设备的范围。

4.3交换机端口流量限制

在企业生产管理系统中，交换机环路会导致网络无法正常运行，为确保企业生产管理系统的正常运转，在运维过程中需要尽量防止产生此类现象出现，要求执行中对配置的更改进行严格审查，对超出设定范围的广播帧进行丢弃，保证网络的正常运行确保了网络的正常运行。同时为了能够避免产生不必要的网络流量损失，需要进一步限制端口允许接收的广播大小，当该类流量超过设置的阈值后，系统将丢弃超出流量限制的广播帧，防范广播风暴问题的发生。

结束语：

在企业网络运行维护中，想要切实提高网络通信的效果，就必须对交换机回路加大关注力度，对交换机的运行情况进行及时地检查，在此基础上借助现代化手段进行优化，使通信数据交互能够顺利进行。同时，应尽量选用质量更高的交换机，防止因设备自身质量问题或参数不足而出现环路，避免企业因此而受到损失，不断加快企业网络建设的速度。

参考文献：

1. 陈海松. 核心网交换机的维护与管理措施研究[J]. 无线互联科技,2019,16(19):35-36.

2. 耿旭东. 对核心网交换机的维护与管理的几点探讨[J]. 中国新通信,2018,20(13):31.

3. 杨亚梨. 通信程控交换机的维护与管理研究[J]. 数字化用户,2018,24(24):19.

4. 侯燕玲. 程控交换机配线架的应用与维护[J]. 数字传媒研究,2018,35(2):67-69.