交换环路

网络是由多个相互连接的交换机构建的，这些交换机连接设备并传输数据。然而，如果两台交换机连接不当，就会产生所谓的交换环路。为了防止这种情况发生，了解其原因及发生方式非常重要。

在典型的局域网（LAN）中，多个交换机相互连接以提供冗余，这是指两个交换机之间可能存在多条路径。冗余是一种安全措施，确保在链路断开时网络不会完全失效。然而，交换机相互连接也带来了潜在的问题：二层交换环路。

交换环路，或称桥接环路，发生在源设备和目标设备之间存在多条路径时。由于广播数据包通过交换机的所有端口发送，交换机会反复发送广播消息，从而淹没网络，造成广播风暴。

交换环路一旦开始，就不会停止；广播数据包没有生存时间（TTL）值，这意味着它们会在两台交换机之间无限循环。真正的问题就在于此——随着环路持续，阻塞交通的情况也会加剧。

交换环路对网络性能的影响

交换机根据目的MAC地址确定数据包的去向；每个设备都有唯一的MAC地址，因此每个数据包被定向到一个特定的位置。当多个MAC地址的广播发送到网络中的所有设备时，会产生问题。尤其是交换环路中，所有广播和组播在环路网络路径中快速重复，很快导致网络瘫痪。

如果广播数据包在存在环路的网络中发送，它将不断地在网络中重播信息。随着更多的数据包通过网络，它们被加入到环路中；很快，网络由于专注于通过环路发送数据包而无法正常通信。

幸运的是，可以通过使用生成树协议来防止这种情况发生。

使用生成树协议防止交换环路

生成树协议（STP）是一种专门设计用来防止二层交换环路的网络标准，并在网络中存在冗余链路时选择最快的网络路径。

STP的工作原理如下：

• 首先，STP域内的所有交换机选举出一个根桥或根交换机。根桥作为网络中其他交换机的参考点。根桥的端口保持转发模式，在使用STP的网络中只能有一个根桥。
• 在其他交换机上，离根交换机最近的接口被指定为根端口。根端口允许流量通过该接口传输，而交换机上允许流量通过的其他端口则称为指定端口。
• 如果同一交换机或局域网段上连接了多个端口，交换机会选择路径最短的端口，并将其标记为指定端口。
• 选定根端口和指定端口后，交换机会阻塞所有剩余端口，以消除网络中可能出现的环路。

STP操作

多亏了上述STP的自动配置，网络通信可以无忧进行，不用担心环路引起的干扰。当网络中新加入交换机时，生成树算法和端口状态会重新计算，以防止环路。

交换机每两秒通过桥接协议数据单元（BPDU）进行通信，BPDU是包含STP信息的帧。如果远程交换机没有响应，则假定该交换机及其链路故障，生成树算法将被重新计算。

如果交换机端口被配置为使用生成树协议，该端口可能处于一组特定的状态之一。

• 阻塞状态： 当交换机判断如果允许流量通过某个接口会导致网络环路时，STP会管理性地阻止该接口通过任何流量，这就是阻塞状态。
• 监听状态： 通常发生在生成树收敛期间，此状态下接口不转发流量，但监听网络中其他STP设备的信息。
• 学习状态： 当端口开始接收来自网络中其他设备的信息时，它会将其加入生成树表中，使该端口处于学习状态。
• 转发状态： 一旦允许流量通过该端口，端口进入转发状态，允许通过STP交换流量包。
• 禁用状态： 当管理员完全禁止流量通过某接口时，端口处于禁用状态。

使用OpManager进行交换机监控

ManageEngine OpManager是一款全面的网络监控软件，提供交换机可用性、健康状况及性能监控。OpManager的交换机监控功能能够自动发现网络中的交换机，并将它们放置在专门的交换机地图上。所有交换机端口也被发现并直观地排列在地图上。借助OpManager的交换机监控，运维人员可以实时了解交换机端口的状态和可用性。一旦端口或交换机宕机，OpManager会迅速通知运维人员。IT管理员可配置OpManager仅监控关键端口，这是一种行业最佳实践，有效避免产生不必要的警报。

OpManager内置实时交换机监控工具，如交换机端口映射器，能快速列出连接到交换机端口的设备及其MAC地址和关键参数，还提供按需查看STP端口详情的功能。启用该选项后，管理员可以查看每个端口的生成树状态信息，例如哪个端口处于阻塞，哪个端口处于转发。

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常见问题

什么是交换环路？

当源设备和目标设备之间存在多条路径时，就会发生交换环路。在交换环路中，交换机通过所有端口发送广播数据包，交换机重复发送广播消息，淹没网络并产生广播风暴。

什么导致交换环路？

当两个端点设备之间存在多条第二层路径（冗余）时，会形成交换环路。

如何防止交换环路？

通过使用生成树协议（STP）可以防止交换环路。生成树协议的目的是在网络中存在冗余链路时，选择最快的网络路径。