Нестабильность базы данных MAC-адресов
В отличие от IP-пакетов, кадры Ethernet не содержат атрибут «время жизни» (TTL). Как результат, если не используется механизм блокирования постоянного распространения этих кадров в коммутируемой сети, кадры продолжают распространяться между коммутаторами бесконечно или до тех пор, пока не произойдет сбой канала, в результате чего петля будет прервана. Такое постоянное распространение между коммутаторами может привести к нестабильности базы данных MAC-адресов. Это может произойти вследствие пересылки широковещательных кадров.
Широковещательные кадры пересылаются из всех портов коммутатора, за исключением исходного входного порта. Это гарантирует, что все устройства в домене широковещательной рассылки могут получить кадр. При наличии нескольких путей для пересылки кадров может возникнуть бесконечная петля. В случае возникновении петли таблица MAC-адресов на коммутаторе может постоянно изменяться за счёт обновлений от широковещательных кадров, что приводит к нестабильности базы данных MAC-адресов.
Для просмотра анимации нажмите кнопку «Воспроизведение» на рисунке. Когда анимация остановится, прочитайте текст, расположенный слева от схемы топологии. Анимация продолжится после короткой паузы.
Содержание анимации:
1. PC1 отправляет широковещательный кадр на S2. S2 принимает широковещательный кадр на интерфейс F0/11. Когда S2 принимает широковещательный кадр, он обновляет свою таблицу MAC-адресов, чтобы зарегистрировать доступность PC1 на порте F0/11.
2. Поскольку этот кадр — широковещательный, S2 пересылает кадр из всех портов, включая Магистраль 1 и Магистраль 2. Когда широковещательный кадр поступает на S3 и S1, их таблицы MAC-адресов обновляются относительно PC1, который доступен на порту F0/1 на S1 и на порту F0/2 на S3.
3. Поскольку этот кадр является широковещательным, S3 и S1 пересылают кадр из всех портов, за исключением исходного входного порта. S3 отправляет широковещательный кадр с PC1 на S1. S1 отправляет широковещательный кадр с PC1 на S3. Все коммутаторы обновляют свою таблицу MAC-адресов с учетом неправильного порта PC1.
4. Все коммутаторы снова пересылают широковещательный кадр из всех портов, за исключением входного порта. Это приводит к тому, что оба коммутатора пересылают кадр на S2.
5. Когда S2 получает широковещательные кадры от S3 и S1, таблица MAC-адресов снова обновляется, в этот раз с учетом последней записи, полученной от двух других коммутаторов.
Этот процесс повторяется до тех пор, пока петля не будет прервана путем физического отключения соединений, вызывающих ее, или отключения питания одного из коммутаторов в петле. При этом создается высокая нагрузка на ЦП на всех коммутаторах, участвующих в петле. Поскольку между всеми коммутаторами в петле постоянно передаются одни и те же кадры, ЦП коммутатора приходится обрабатывать большой объём данных. При этом снижается производительность коммутатора при поступлении допустимого трафика.
Узел, участвующий в сетевой петле, недоступен для других узлов в сети. Кроме того, вследствие постоянных изменений в таблице MAC-адресов коммутатор не знает, из какого порта следует пересылать кадры одноадресной рассылки. В вышеуказанном примере для PC1 перечислены неправильные порты. Любой кадр одноадресной рассылки, предназначенный для PC1, участвует в петле, как и кадры широковещательной рассылки. Из-за возрастающего числа кадров, циклически распространяемых в сети, постепенно создается широковещательный шторм.