Петля в сети ethernet что это
Перейти к содержимому

Петля в сети ethernet что это

  • автор:

Петля коммутации

Петля коммутации (Bridging loop, Switching loop) — состояние в сети, при котором происходит бесконечная пересылка фреймов между коммутаторами, подключенными в один и тот же сегмент сети.

[править] Описание

Пример топологии

Состояние петли формируется следующим образом:

  1. Компьютер PC-1 отправляет фрейм компьютеру PC-4;
  2. Коммутатор А первым получает фрейм и заносит в таблицу коммутации адрес компьютера PC-1 с исходящим портом 1/1;
  3. Так как коммутатор А не знает местоположение(порт подключения) получателя фрейма, он рассылает фрейм через все свои активные порты, кроме порта, из которого этот фрейм был получен;
  4. Коммутатор В получает фрейм от компьютера PC-1 и производит аналогичные манипуляции;
  5. Компьютер PC-4 получает две копии фрейма — один от коммутатора А, другой от В;
  6. Одновременно с этим, копию фрейма от коммутатора А через сегмент B получает коммутатор В. Так как для В полученная копия является «новым» фреймом, то он производит стандартный процесс коммутации фрейма:
    1. Так как MAC-адрес источника идентичен предыдущему фрейму из сегмента А, он удаляет из своей таблицы коммутации запись для компьютера PC-1 с портом 1/1 и добавляет новую запись для PC-1 с портом 2/1;
    2. Рассылает фрейм по всем активным портам, кроме порта, из которого фрейм был получен(2/1);

    Тем самым происходит бесконечное циркулирование фрейма между сегментами сети.

    [править] Широковещательный шторм в состоянии петли

    Предположим, что компьютер PC-1 посылает фрейм с широковещательным адресом назначения. В такой ситуации на все компьютеры сети будут бесконечно рассылаться копии фрейма.

    [править] Методы предотвращения

    Единственной возможностью прекратить циркулирование фрейма между сегментами сети является выключение одного из каналов связи между ними. Данную функцию реализует протокол STP, который оставляет между сегментами только один возможный канал связи между сегментами сети.

    Канальный уровень
    Основные понятия Коммутация • MAC-адрес • Сетевой интерфейс • CAM-таблица • VLAN • Broadcast • Multicast • Unicast • ifconfig • QinQ
    Петли коммутации и борьба с ними
    Ключевые понятия Широковещательный шторм • Петля коммутации • Остовное дерево
    Протоколы STP • RSTP • MSTP • PVST • PVST+
    Настройка STP на коммутаторах Cisco • коммутаторах ProCurve
    Агрегирование каналов
    Ключевые понятия Агрегирование каналов • EtherChannel
    Протоколы LACP • PAgP
    Настройка в Linux • FreeBSD • NetBSD • OpenBSD • Mac OS X • Solaris • Windows • маршрутизаторах Cisco • коммутаторах Cisco • коммутаторах ProCurve
    Протокол ARP
    Ключевые понятия Протокол ARP • ARP-таблица • Статический ARP • Proxy ARP
    Программы arp • arping • arp-sk • arpmap
    Виртуальные и программные коммутаторы, мосты и сетевые интерфейсы
    Компоненты tap-интерфейс • dummy-интерфейс • Мост в Linux • Мост в FreeBSD • vde • OpenVPN Bridge
    Программы brctl (man) • ebtables
    Безопасность
    Программы и библиотеки Wireshark • Scapy
    MAC MAC-spoofing • Port security • Поиск по MACу • MAC-spoofing в виртуальной машине
    ARP ARP-spoofing • ettercap • arpwatch (man) • remarp • Dynamic ARP Protection

    Петля в локальной сети: что такое и как найти

    Петля (или кольцо) в локальной сети это ситуация, при которой часть информации от коммутатора не рассылается по компьютерам, а кочует по двум параллельным маршрутам, как бы замыкающимся в кольцо. Данные при этом бесконечно кружатся по этому кольцу, постепенно увеличиваясь в размерах и забивая весь канал.

    Петля является крайне неприятным явлением для локальной сети или её отдельного участка и требует немедленного решения. Для большего понимания простейшая схема петли представлена ниже.

    Петля в локальной сети: что такое и как найти

    С петлей мне пришлось столкнуться в одной средней размеров конторе по долгу службы. Офис там располагался в видавшем виде здании, по-моему, даже частично или полностью деревянном. Сетевое оборудование было соответствующее, поэтому, когда в один не слишком добрый понедельник мне заявили о медленном Интернете, я, поначалу, не придал этому особого значения. Затем отвалились и Интернет, и 1С.

    Поняв, что проблема, скорее всего, в неисправности коммутатора или кольце, я отправился в коммутационную. Там меня ждали три неуправляемых D-Link’а (это не оскорбление, а вполне себе термин для коммутатора).

    Поначалу я всё же думал на неисправность коммутатора (тем более, что есть у меня субъективное недоверие к D-link). Количество портов трех 24-портовых коммутаторов для небольшого офиса на 10-15 машин было излишним, и оставалось еще от старых-добрых времен, когда компов в сетке было больше. Для вычисления виновника я по очереди выключал коммутаторы, и смотрел как на это отреагирует сеть. После нахождения нужного мне свича, все пользователи были переведены на оставшиеся два коммутатора, а я стал думать как вычислить нужный мне порт, ведь неисправен мог быть не весь коммутатор. Тогда ко мне и закралась мысль о кольце.

    Первым делом я стал проверять, не может ли быть так, что один и тот же патч-корд воткнут обоими концами в один свич. Мне повезло, и такой кабель действительно был. Это вполне могло быть «подарком» предыдущего админа, чем-то не сошедшегося с руководством. Во всяком случае, вряд ли бы кто-то полез к свичам случайно.

    Если бы кольцо не было таким явным, мне пришлось бы помучиться. Дело в том, что я выключил коммутатор, и повторного появления кольца нужно было бы подождать. Потом пришлось бы доставать из портов патч-корды и смотреть на реакцию сети. В целом, всё равно всё свелось бы к схеме, нарисованной выше, с её сетевыми розетками и патч-панелями.

    Итак, несколько советов как вычислить петлю в локальной сети:

    1. Локализуйте проблему. Падает вся сеть или отдельный участок? Если у одного отдела сеть есть, а у другого нет, то проверяйте коммутатор, раздающий сеть на тот отдел.
    2. Какой тип коммутатора(-ов) используется? Это может быть управляемый коммутатор или неуправляемый. В проблемном участке может быть и смесь из обоих вариантов. В случае с неуправляемым коммутатором придется вычислять проблемный порт методом научного тыка. В управляемом коммутаторе порты можно закрыть через веб-интерфейс.
    3. Проверьте кабели. Скорее всего, дело всё-таки в физическом закольцевании сети. Но может «сдуреть» отдельно взятый порт в коммутаторе или сетевой плате компьютера. Редко, но может встретиться ситуация с дублированием функций DHCP-сервера, когда устройство (роутер, коммутатор или компьютер), которое этого делать не должно, раздаёт остальным некорректные настройки сети. В таком случае выключите DHCP-сервер и попробуйте получить адрес с какого-либо компьютера в проблемном участке сети. Если опасения подтвердились — проверяйте устройства на предмет включения функции DHCP-сервера. В первую очередь, конечно, роутеры и коммутаторы.

    На этом, пожалуй, всё, что нужно знать о тактике борьбы с петлями в локальных сетях. Напоследок еще можно дать совет — пользуйтесь управляемым оборудованием. Это существенно облегчает труд системного администратора и позволяет решать ряд проблем, вообще не вставая из-за стола.

    Loopdetect своими руками

    Одним из самых страшных бичей сети ethernet являются, так называемые, петли. Они возникают когда (в основном из-за человеческого фактора) в топологии сети образуется кольцо. К примеру, два порта коммутатора соединили патч-кордом (часто бывает когда два свича заменяют на один и не глядя втыкают всё, что было) или запустили узел по новой линии, а старую отключить забыли (последствия могут быт печальными и трудно выявляемыми). В результате такой петли пакеты начинают множиться, сбиваются таблицы коммутации и начинается лавинообразный рост трафика. В таких условиях возможны зависания сетевого оборудования и полное нарушение работы сети.

    Помимо настоящих петель не редки случаи когда при выгорания порта (коммутатора или сетевой карты) он начинает возвращать полученные пакеты назад в сеть, при этом чаще всего соединение согласовывается в 10M, а линк поднимается даже при отключенном кабеле. Когда в сегменте такой порт только один, последствия могут быть не столь плачевными, но всё же весьма чувствительны (особенно сильно страдают пользователи висты и семёрки). В любом случае с такими вещами нужно нещадно бороться и понимать тот факт, что намеренно или случайно создавая петлю, пусть и на небольшой период времени, можно отключить целый сегмент сети.

    Матчасть

    К счастью большинство современных управляемых коммутаторов, в том или ином виде, имеют функции выявления петель (loopdetect, stp), и даже более того, семейство протоколов stp позволяет специально строить кольцевую топологию (для повышения отказоустойчивости и надёжности). Но тут есть и обратная сторона медали, не редко случается так, что один сгоревший порт может оставить без связи целый район. Или скажем у того же stp перестроение топологии происходит далеко не мгновенно, связь в этот момент, естественно, оставляет желать лучшего. Кроме того, некоторые производители весьма халатно относятся к реализации протоколов обнаружения петель, скажем DES-3016 (глинк) вообще не может определить петлю если просто соединить два его порта.

    Принципы выявления

    Принцип обнаружения петель (loopdetect) довольно простой. В сеть отправляется специальный пакет с броадкаст адресом (предназначен всем) и если он вернулся назад, считаем, что сеть за этим интерфейсом закольцована. Дальнейшие действия зависят от типа оборудования и настроек. Чаще всего порт полностью или частично (в отдельном vlan) блокируется, событие записывается в логи, отправляются snmp-трапы. Тут в дело вступают системные администраторы и аварийная служба.

    Если вся сеть управляемая, то выявить и устранить петлю довольно не сложно. Но не так уж мало сетей где к одному порту подключена цепочка из 5 — 6 неуправляемых коммутаторов. Устранение такой петли может занять немало времени и сил. Процесс поиска же сводится к последовательному отключению (включению) портов. Для определения наличия петли используется либо вышестоящий управляемый коммутатор, либо какой-нибудь снифер (wireshark, tcpdump). Первый способ весьма опасен в следствие наличия задержки между включением и выключением блокировки, в лучшем случае у пользователей просто будут лаги, а в худшем — сработает loopdetect выше по линии и отвалится уже куда больший сегмент. Во втором случае опасности для пользователей нет, но зато намного сложнее определять наличие петли (особенно в небольшом сегменте, где мало броадкаст трафика), всё-таки снифер вещь, по определению, пассивная.

    Своими руками

    Как было сказано выше, аппаратных реализаций поиска петель хватает с лихвой. Так что не долго думая, включаю wireshark настраиваю фильтр и смотрю, что и как делает коммутатор. Собственно всё просто: в порт отправляется пакет ethernet с адресом назначения cf:00:00:00:00:00, типом 0x9000 (CTP) и c неведомым номером функции 256 (в найденной мной документации описаны только две). Адрес назначение является броадкастовым, так что при наличии в сети петли назад должно вернутся несколько копий этого пакета.

    • Для захвата и отправки сырых пакетов воспользуюсь библиотекой pcapy;
    • С генерацией пакетов мне поможет dpkt;
    • Для воспроизведения звука воспользуюсь pyaudeo и wave;
    • Ну и несколько стандартных библиотек.

    С получившимся скриптом можно ознакомится далее.

    import pcapy, dpkt , sys import time , random, socket import pyaudio , wave def packetBody(length): rez = [] for x in range(0,length): rez.append(random.choice('0123456789abcdef') + random.choice('0123456789abcdef')) return rez class loopDetector: packetCount = 0 loopCount = 0 timeout = 1 def __init__(self,iface): self.iface = iface self.pcaper = pcapy.open_live(iface,100,1,500) self.Mac = '00:19:5b:'+':'.join(packetBody(3)) self.pcaper.setfilter('ether dst cf:00:00:00:00:00 and ether src %s' % self.Mac) wf = wave.open('alarm.wav', 'rb') self.pyA = pyaudio.PyAudio() self.stream = self.pyA.open(format = self.pyA.get_format_from_width(wf.getsampwidth()), channels = wf.getnchannels(), rate = wf.getframerate(), output = True) self.wfData = wf.readframes(100000) wf.close() def __del__(self): self.stream.stop_stream() self.stream.close() self.pyA.terminate() def PlayAlarm(self): self.stream.write(self.wfData) def Capture(self,hdr,data): if data == str(self.sPkt): self.packetReceived += 1 def Process(self): while 1: try: pktData = '00000001' + ''.join(packetBody(42)) self.sPkt = dpkt.ethernet.Ethernet(dst="cf0000000000".decode('hex'), src=''.join(self.Mac.split(':')).decode('hex'), type=36864,data=pktData.decode('hex')) endTime = time.time() + self.timeout print "Send packet to %s" % self.iface self.packetCount += 1 self.pcaper.sendpacket(str(self.sPkt)) self.packetReceived = 0 while time.time() < endTime: try: self.pcaper.dispatch(-1,self.Capture) except socket.timeout: pass if self.packetReceived >1: self.loopCount += 1 print "Loop Detected. Duplication found %s" % self.packetReceived self.PlayAlarm() except KeyboardInterrupt: break print "Packets sent: ", self.packetCount , "Loops discovered : " , self.loopCount def main(): dev_list = <> n = 0 iface = '' for x in pcapy.findalldevs(): dev_list[n] = x n += 1 try: iface = dev_list[0] except KeyError: print "No device found" exit(1) if len(sys.argv) == 2: try: if sys.argv[1] in ['list','ls','all']: for x in dev_list: print 'Index:', x, 'Device name:' ,dev_list[x] return 0 else: iface = dev_list[int(sys.argv[1])] except KeyError: print "Invalid device id, trying use first" iface = dev_list[0] ld = loopDetector(iface) ld.Process() if __name__ == "__main__": main() 

    Петля в локальной сети. Как найти и устранить?

    Петля в локальной сети очень опасна. Она может появиться как следствие неправильного соединения кабелей маршрутизатора или коммутатора, кроме того, её появления обусловлено неправильными настройками маршрутных таблиц

    Заранее узнать появление петли очень трудно, а при её возникновении сеть просто «ложится». Одна локальную петлю можно «диагностировать» по ряду признаков, которые показывают зацикливание пакета информации

    Формирование петли в локальной сети

    Маршрутная петля появляется, когда пакет отправителя не может попасть получателю и длительное время движется по одному маршруту – он «зацикливается» в одном участке сети

    petlya v lokalnoj seti 1

    Как мы видим отправитель отправляет пакет данных на «коммутатор А», пакет идёт далее, и не зная кому его передать передаёт его «коммутатору С», и так циклично. А получатель так и не получив своей пакет отклоняет его, сообщив отправителю что пакет не получен.

    И мы в ответ получаем сообщение

    petlya v lokalnoj seti 2

    При этом сеть на данном участке оказывается перегруженной и «падает». Перегружают её пакеты которые не могут покинуть петлю – формируется широковещательный шторм.

    Кроме того, наличие зацикленных пакетов приводит к существенному снижению пропускной способности канала свзяи. При этом проблема на одном из участков сети становятся причиной сбоев общих сетевых каналов связи. Однако ввиду того, что время жизни пакета (TTL) в протоколе IP весьма ограниченно, такое «зацикливание» пакета не происходит вечно.

    Петля в локальной сети: Характерные признаки

    Сетевая петля обладает совершенно четкими признаками, этими признаками является ряд параметров

    Time to live (TTL) время жизни пакета

    IP ID идентификатор IP пакета

    IP пакет, проследовав через маршрутизатор,в поле TTL получает значение. Явным признаком «зацикленного» пакета становится низкое значение TTL, после чего IP-пакет просто уничтожается роутером. Низкий показатель не обязательно показывает петлю в сети, это ещё может быть характеризовано что пакет прошёл слишком много маршрутизирующих устройств. Как правиль, в зацикленной сети появляется слишком много пакетов с одинаковы идентификаторов. При этом пакетов одновременно может возникнуть несколько тысяч.

    Как искать петлю в локальной сети?

    Анализатор сетевого трафика (сниффер) поможет не только выявить наличие маршрутной петли, но и покажет сетевые устройства, которые ее создали. Конечно, можно подергать каждый патч-корд каждого сетевого устройства, однако такое решение нерационально для корпоративной сети.

    1. Прежде всего, нужно локализовать проблемный участок. Определить какой из участков сети «падает».

    2. Запустить сниффер с целью определения устройств, между которыми осуществляется столь «эмоциональное» общение.

    3. Далее, понадобится определить пакеты, создающие широковещательный шторм и отфильтровать их. Как правило, эти IP-пакеты содержат одинаковый IP-идентификатор и их очень много.

    4. Также, следует оценить время жизни таких пакетов. Проходя через роутер, пакет теряет единицу TTL, поэтому можно проследить каждую потерянную единицу вплоть до уничтожения самого пакета маршрутизатором.

    5. Определив пакеты, имеющие явные признаки зацикливания в петле, можно отфильтровать (например, в Capsa) MAC-адреса физических устройств, которые принимают участие в общении по сетевой петле и посылают такие датаграммы.

    6. Обладая сведениями о MAC-адресах, можно найти устройства, работа которых вызвала маршрутную петлю.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *