计算机网络设备实践教程：环路结构的危害

图7-2中的备份链路可以解决单点故障问题，但是也带来了一个新问题：当4台交换机正常工作时组成了一个环路结构，这个结构会引起广播风暴、多帧复制和MAC地址表抖动等。

图7-3所示是最小的一个交换机环路结构，由两台交换机组成，PC1与PC2分别连接一个交换机。为了验证交换机环路结构引起的问题，在两台PC上配置图中的IP地址，并都启动Wireshark软件捕获本地网卡的数据包，交换机A与交换机B之间暂时只连接一根线路，即不构成环路结构，在PC1和PC2的命令提示符中输入命令“arp–d *”清空ARP缓存，然后PC1端输入“ping-n11.1.1.2”测试与PC2的连通性，“-n 1”说明只发送一次ICMP回送请求数据包。观察PC1和PC2中Wireshark软件捕获到的数据包，如图7-4和图7-5所示。

图7-3　两台交换机组成的环路结构

观察图7-4和图7-5中的数据包，不难理解PC1与PC2之间的数据流。因为清空了ARP缓存，所以PC1首先广播一个ARP请求，尝试获取地址1.1.1.2对应的MAC地址，经两台交换机转发后，广播数据包到达PC2，PC2单播发送ARP应答，PC1成功接收并更新本地ARP缓存后构造ICMP回显请求报文发出，PC2收到后也使用ARP协议查询PC1的MAC地址后发送ICMP回显应答报文。在两台交换机之间只有一条链路（无环）时的数据流非常清晰。

图7-4　PC1捕获的数据包

图7-5　PC2捕获的数据包(www.xing528.com)

现在连接两台交换机之间的第二条链路，构成环状拓扑，再次重复上述步骤，即清空两台PC的ARP缓存，两台PC启动Wireshark软件捕获数据包，PC1端输入“ping-n　1　1.1.1.2”测试与PC2的连通性。观察两台PC捕获的数据包，如图7-6和图7-7所示。

图7-6　PC1捕获的数据包

图7-6中PC1在1 s内捕获了4000多条ARP请求报文，为什么会这样呢？借助图7-7中PC2捕获数据包示意图不难理解，交换机A将PC1发出的ARP请求数据包向f0/3和f0/4两个端口转发，交换机B从f0/3和f0/4两个端口各收到一个ARP请求数据包。它的处理方式也是分别向另外两个端口转发，即f0/3端口收到后向f0/2和f0/4转发，f0/4端口收到后向f0/2和f0/3转发。因此，交换机B的f0/2端口将转发出两个ARP请求数据包，PC2将收到两个ARP请求数据包，图7-7中第3和第4个数据包是PC2针对收到的两个ARP请求数据包做出的应答。因为两个交换机之间环路的存在，使用广播方式传输的ARP请求数据包就变成了“不死”数据包，始终在环路间循环转发，图7-6中PC1短时间内收到大量ARP请求报文就是这样形成的。这个例子说明了广播风暴和多帧复制的现象。在实验时仔细观察环路结构中交换机端口的指示灯，闪烁得越快说明这个端口传输的数据越连续。

图7-7　PC2捕获的数据包

MAC地址表抖动是指交换机中的MAC地址表不稳定。因为环路的存在，交换机会在不同的端口收到相同的数据包，按照交换机的转发原理，它会在自己的MAC地址表中记录下收到数据帧的端口与数据帧中源MAC地址的对应关系。例如，交换机B从端口f0/3收到PC1发出的数据包时，它会将端口f0/3与PC1的对应关系写入MAC地址表，而当交换机B随后又从f0/4收到同样的数据包时，会将MAC地址表中PC1对应的端口改为f0/4，这就造成了MAC地址表的抖动。