二层环路形成原因图解

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二层环路问题定位指导
篇一:二层环路形成原因图解

二层环路问题总结

一、 说明

二层环路一般是由于配置、组网或规划错误产生，二层环路产生后，会造成广播风暴、mac漂移等现象，并且往往对网络及业务影响非常严重。

在组网规划上，一般建议将二层网络尽量靠近客户端，不在城域网业务控制层做二层vlan透传，以避免环路对网络造成的影响。

二、排查方法：

1、NE40E/80E产品：

（1）、查看设备的CPU使用率，一般出现环路的时候，设备的CPU使用率会增加，例如：

[NE40E-1]display health

Slot CPU Usage Memory Usage(Used/Total)

---------------------------------------------------------

9 MPU(Master) 11% 18% 345MB/1877MB

1 LPU 12% 41% 131MB/319MB

2 LPU 21% 34% 278MB/818MB

3 LPU 11% 43% 138MB/319MB

4 LPU 12% 45% 146MB/319MB

6 LPU 11% 46% 147MB/319MB

8 TSU 8% 47% 151MB/319MB

10 MPU(Slave) 8% 39% 333MB/853MB

（2）、查看设备的CP-CAR计数，一般出现环路后，设备会有大量的协议报文上送，例如： < NE40E-1 >display cpu-defend car arp statistics slot 1

Slot : 1

Application switch : Open

Default Action : Min-to-cp

--------------------------------------------

IPV4 ARP packet

Protocol switch: N/A

Packet information:

Passed packet(s) : 170278942

Dropped packet(s) : 1345969676

Configuration information:

Configged CIR : 2000 kbps Actual CIR in NP : 2000 kbps

Configged CBS : 20000 bytes Actual CBS in NP : 20000 bytes

Priority : The index on this board can not be shown . Please see the NP Priority.

Min-packet-length : NA

一般出现环路时，主要查看ARP、VRRP、OSPF（组播、广播）等协议报文的上送计数。

（3）、查看接口计数，一般在出现环路时，接口的流量会突增，并且一般都是大量的广播或者组播报文，例如：

<NE40E-1>display interface brief

使用该命令确定那个接口的流量非常大

<NE40E-1>display interface GigabitEthernet 2/0/0

GigabitEthernet2/0/0 current state : DOWN

Line protocol current state : DOWN

Description:HUAWEI, Quidway Series, GigabitEthernet2/0/0 Interface

Route Port,The Maximum Transmit Unit is 1500

Internet protocol processing : disabled

IP Sending Frames' Format is PKTFMT_ETHNT_2, Hardware address is 0018-82e5-3e2c Optical transceiver is off line!

Loopback:none, LAN full-duplex mode, Pause Flowcontrol:Receive Enable and Send Enable

Last physical up time : 2011-05-24 18:46:44

Last physical down time : 2011-05-24 18:46:44

Statistics last cleared:never

Last 300 seconds input rate: 0 bits/sec, 0 packets/sec

Last 300 seconds output rate: 0 bits/sec, 0 packets/sec

Input: 0 bytes, 0 packets

Output: 0 bytes, 0 packets

Input:

Unicast: 0 packets, Multicast: 0 packets

Broadcast: 0 packets, JumboOctets: 0 packets

CRC: 0 packets, Symbol: 0 packets

Overrun: 0 packets, InRangeLength: 0 packets

LongPacket: 0 packets, Jabber: 0 packets, Alignment: 0 packets

Fragment: 0 packets, Undersized Frame: 0 packets

RxPause: 0 packets

Output:

Unicast: 0 packets, Multicast: 0 packets

Broadcast: 0 packets, JumboOctets: 0 packets

Lost: 0 packets, Overflow: 0 packets, Underrun: 0 packets

System: 0 packets, Overruns: 0 packets

TxPause: 0 packets

使用该命令观察接口的入、出方向组播和广播计数是否在快速增长

（4）、一般在出现环路时，有大量的协议报文上送，此时可以通过防攻击溯源命令，确认上送报文的特征，以及从那个接口进入，例如：

< NE40E-1>display attack-source-trace slot 1 brief

Info: Please waiting......

No 1 Packet Info:

Interface Name : GigabitEthernet1/0/0

PeVlanid : 2053

CeVlanid : 0

Attack Type : CPCAR

Source Ip : 10.124.244.17

Dest Ip : 10.124.244.1

Source Port : 0

Dest Port : 0

Protocol Num : 0

Attack Pack Time : 2011-05-15 11:40:19

Attack Trace Data:

ff ff ff ff ff ff 00 40 43 fa 2d 65 81 00 08 05 08 06 00 01 08 00 06 04 00

01 00 40 43 fa 2d 65 0a 7c f4 11 00 00 00 00 00 00 0a 7c f4 01 00 00 00 00

88 88 88 88 88 88 88 88 88 88 88 88 88

（5）、一般在出现二层环路后，MAC表项会出现漂移的现象，这也是判断环路的标准之一，例如：

<NE40E-1>display mac-address x-x-x

如果出现环路，会看到MAC表项的接口或者VLAN在不停的变化。

（6）、一般在出现二层环路后，ARP表项会出现漂移的现象，这也是判断环路的标准之一，例如：

[NE40E-1]display arp slot 1 | include 172.18.10.34

IP ADDRESS MAC ADDRESS EXPIRE(M) TYPE INTERFACE VPN-INSTANCE

VLAN/CEVLAN PVC ------------------------------------------------------------------------------

172.18.10.34 0003-0003-0003 I - Eth-Trunk2

------------------------------------------------------------------------------

Total:15 Dynamic:2 Static:0 Interface:13

如果出现环路，会看到ARP表项的接口在不停的变化。

[NE40E-1]display arp slot 1 | include 172.18.10.34

IP ADDRESS MAC ADDRESS EXPIRE(M) TYPE INTERFACE VPN-INSTANCE

VLAN/CEVLAN PVC ------------------------------------------------------------------------------

172.18.10.34 0003-0003-0003 I - GE1/0/3 ------------------------------------------------------------------------------ Total:15 Dynamic:2 Static:0 Interface:13

剖析大二层
篇二:二层环路形成原因图解

剖析大二层

在数据中心和云计算的网络方案和技术讨论中，大二层已经成为热点话题，涌现了各种软件和硬件技术、直接和间接手段等，目的都是为了解决“L2 over XX”的问题。那么，为什么有这么多大二层技术？在数据中心方案规划和设计中该如何选择？本文进行一个总体的剖析，并在后续的文章中就主要技术与应用进行详细的分析和介绍。

1. 虚拟化对数据中心提出的挑战

传统的三层数据中心架构结构的设计是为了应付服务客户端-服务器应用程序的纵贯式大流量，同时使网络管理员能够对流量流进行管理。工程师在这些架构中采用生成树协议(STP) 来优化客户端到服务器的路径和支持连接冗余。

虚拟化从根本上改变了数据中心网络架构的需求。最重要的一点就是，虚拟化引入了虚拟机动态迁移技术。从而要求网络支持大范围的二层域。从根本上改变了传统三层网络统治数据中心网络的局面。

2. 虚拟机迁移与数据中心二层网络的变化

在传统的数据中心服务器区网络设计中，通常将二层网络的范围限制在网络接入层以下，避免出现大范围的二层广播域。

如图1所示，由于传统的数据中心服务器利用率太低，平均只有10%～15%，浪费了大量的电力能源和机房资源。虚拟化技术能够有效地提高服务器的利用率，降低能源消耗，降低客户的运维成本，所以虚拟化技术得到了极大的发展。但是，虚拟化给数据中心带来的不仅是服务器利用率的提高，还有网络架构的变化。具体的来说，虚拟化技术的一项伴生技术—虚拟机动态迁移（如VMware的VMotion）在数据中心得到了广泛的应用。简单来说，虚拟机迁移技术可以使数据中心的计算资源得到灵活的调配，进一步提高虚拟机资源的利用率。但是虚拟机迁移要求虚拟机迁移前后的IP和MAC地址不变，这就需要虚拟机迁移前后的网络处于同一个二层域内部。由于客户要求虚拟机迁移的范围越来越大，甚至是跨越不同地域、不同机房之间的迁移，所以使得数据中心二层网络的范围越来越大，甚至出现了专业的大二层网络这一新领域专题。

图1 数据中心虚拟化与大范围二层网络

3. 传统网络的二层为什么大不起来

在数据中心网络中，“区域”对应VLAN的划分。相同VLAN内的终端属于同一广播域，具有一致的VLAN-ID，二层连通；不同VLAN内的终端需要通过网关互相访问，二层隔离，三层连通。传统的数据中心设计，区域和VLAN的划分粒度是比较细的，这主要取决于“需求”和“网络规模”。

传统的数据中心主要是依据功能进行区域划分，例如WEB、APP、DB，办公区、业务区、内联区、外联区等等。不同区域之间通过网关和安全设备互访，保证不同区域的可靠性、安全性。同时，不同区域由于具有不同的功能，因此需要相互访问数据时，只要终端之间能够通信即可，并不一定要求通信双方处于同一VLAN或二层网络。

传统的数据中心网络技术， STP是二层网络中非常重要的一种协议。用户构建网络时，为了

保证可靠性，通常会采用冗余设备和冗余链路，这样就不可避免的形成环路。而二层网络处

于同一个广播域下，广播报文在环路中会反复持续传送，形成广播风暴，瞬间即可导致端口阻塞和设备瘫痪。因此，为了防止广播风暴，就必须防止形成环路。这样，既要防止形成环路，又要保证可靠性，就只能将冗余设备和冗余链路变成备份设备和备份链路。即冗余的设备端口和链路在正常情况下被阻塞掉，不参与数据报文的转发。只有当前转发的设备、端 口、链路出现故障，导致网络不通的时候，冗余的设备端口和链路才会被打开，使得网络能够恢复正常。实现这些自动控制功能的就是STP（Spanning Tree Protocol，生成树协议）。 由于STP的收敛性能等原因，一般情况下STP的网络规模不会超过100台交换机。同时由于

STP需要阻塞掉冗余设备和链路，也降低了网络资源的带宽利用率。因此在实际网络规划时，从转发性能、利用率、可靠性等方面考虑，会尽可能控制STP网络范围。

4. 大二层也是为了流通的要求

随着数据大集中的发展和虚拟化技术的应用，数据中心的规模与日俱增，不仅对二层网络的区域范围要求也越来越大，在需求和管理水平上也提出了新的挑战。

数据中心区域规模和业务处理需求的增加，对于集群处理的应用越来越多，集群内的服务器需要在一个二层VLAN下。同时，虚拟化技术的应用，在带来业务部署的便利性和灵活性基础上，虚拟机的迁移问题也成为必须要考虑的问题。为了保证虚拟机承载业务的连续性，虚拟机迁移前后的IP地址不变，因此虚拟机的迁移范围需要在同一个二层VLAN下。反过来即，二层网络规模有多大，虚拟机才能迁移有多远。

传统的基于STP备份设备和链路方案已经不能满足数据中心规模、带宽的需求，并且STP协议几秒至几分钟的故障收敛时间，也不能满足数据中心的可靠性要求。因此，需要能够有新的技术，在满足二层网络规模的同时，也能够充分利用冗余设备和链路，提升链路利用率，而且数据中心的故障收敛时间能够降低到亚秒甚至毫秒级。

二、大二层需要有多大既然二层网络规模需要扩大，那么大到什么程度合适？这取决于应用场景和技术选择。

1. 数据中心内

大二层首先需要解决的是数据中心内部的网络扩展问题，通过大规模二层网络和VLAN延伸，实现虚拟机在数据中心内部的大范围迁移。由于数据中心内的大二层网络都要覆盖多个接入交换机和核心交换机，主要有以下两类技术。

虚拟交换机技术

虚拟交换机技术的出发点很简单，属于工程派。既然二层网络的核心是环路问题，而环路问题是随着冗余设备和链路产生的，那么如果将相互冗余的两台或多台设备、两条或多条链路合并成一台设备和一条链路，就可以回到之前的单设备、单链路情况，环路自然也就不存在了。尤其是交换机技术的发展，虚拟交换机从低端盒式设备到高端框式设备都已经广泛应用，具备了相当的成熟度和稳定度。因此，虚拟交换机技术成为目前应用最广的大二层解决方案。 虚拟交换机技术的代表是H3C公司的IRF、Cisco公司的VSS，其特点是只需要交换机软件升级即可支持，应用成本低，部署简单。目前这些技术都是各厂商独立实现和完成的，只能同一厂商的相同系列产品之间才能实施虚拟化。同时，由于高端框式交换机的性能、密度越来越高，对虚拟交换机的技术要求也越来越高，目前框式交换机的虚拟化密度最高为4:1。虚拟交换机的密度限制了二层网络的规模大约在1万～2万台服务器左右。

隧道技术

隧道技术属于技术派，出发点是借船出海。二层网络不能有环路，冗余链路必须要阻塞掉，但三层网络显然不存在这个问题，而且还可以做ECMP（等价链路），能否借用过来呢？通过在二层报文前插入额外的帧头，并且采用路由计算的方式控制整网数据的转发，不仅可以在冗余链路下防止广播风暴，而且可以做ECMP。这样可以将二层网络的规模扩展到整张网络，而不会受核心交换机数量的限制。

隧道技术的代表是TRILL、SPB，都是通过借用IS-IS路由协议的计算和转发模式，实现二层网络的大规模扩展。这些技术的特点是可以构建比虚拟交换机技术更大的超大规模二层网络（应用于大规模集群计算），但尚未完全成熟，目前正在标准化过程中。同时传统交换机不仅需要软件升级，还需要硬件支持。

2. 跨数据中心

随着数据中心多中心的部署，虚拟机的跨数据中心迁移、灾备，跨数据中心业务负载分担等需求，使得二层网络的扩展不仅是在数据中心的边界为止，还需要考虑跨越数据中心机房的区域，延伸到同城备份中心、远程灾备中心。

一般情况下，多数据中心之间的连接是通过路由连通的，天然是一个三层网络。而要实现通过三层网络连接的两个二层网络互通，就必须实现“L2 over L3”。

L2oL3技术也有许多种，例如传统的VPLS（MPLS L2VPN）技术，以及新兴的Cisco OTV、 H3C EVI技术，都是借助隧道的方式，将二层数据报文封装在三层报文中，跨越中间的三层

网络，实现两地二层数据的互通。这种隧道就像一个虚拟的桥，将多个数据中心的二层网络贯穿在一起。

另外，也有部分虚拟化和软件厂商提出了软件的L2 over L3技术解决方案。例如VMware的

VXLAN、微软的NVGRE，在虚拟化层的vSwitch中将二层数据封装在UDP、GRE报文中，在物理网络拓扑上构建一层虚拟化网络层，从而摆脱对网络设备层的二层、三层限制。这些技术由于性能、扩展性等问题，也没有得到广泛的使用。

三、结束语

大规模二层网络的需求目前已经非常的清晰，各厂商都提出了有针对性的技术和方案，满足大二层的当前要求和未来扩展需求。但从实际应用情况来看，除了虚拟交换机技术在成熟度和应用性方面得到验证，其他的相关技术仍然在完善过程中。同时，业界也希望加快相关技术的标准化进程，从而加强各厂商设备的兼容性和互通性，降低用户的部署和维护成本。

地线问题--地环路 (形成原因和解决方法)
篇三:二层环路形成原因图解

地线问题--地环路 (形成原因和解决方法)

地环路干扰是一种较常见的干扰现象,常常发生在通过较长电缆连接的相距较远的设备之间。其产生的内在原因是地环路电流的存在。由于地环路干扰是由地环路电流导致的，因此在实践中，有时会发现，当将一个设备的安全接地线断开时，干扰现象消失，这是因为地线断开时，切断了地环路。这种现象往往发生在干扰频率较低的场合，当干扰频率高时，短开地线与否关系不大。

地环路干扰形成的原因1：两个设备的地电位不同，形成地电压，在这个的驱动下，设备1 — 互联电缆 —设备2 — 地 形成的环路 之间有电流流动。由于电路的不平衡性，每根导线上的电流不同，因此会产生差模电压，对电路造成干扰。地线上的电压是由于其它功率较大的设备也用这段地线，在地线中引起较强电流，而地线又有较大阻抗产生的。

地环路干扰形成的原因2：由于互联设备处在较强的电磁场中，电磁场在设备1 — 互联电缆 —设备2 — 地 形成的环路中感应出环路电流，与原因1的过程一样导致干扰。 解决地环路干扰的方法：解决地环路干扰的基本思路是有两个：一个是减小地线的阻抗，从而减小干扰电压。另一个是增加地环路的阻抗，从而减小地环路电流。当阻抗无限大时，实际是将地环路切断，即消除了地环路。例如将一端的设备浮地、或将线路板与机箱断开等是直接的方法。但出于静电防护或安全的考虑，这种直接的方法在实践中往往是不允许的。更实用的方法是下面介绍的隔离变压器、光耦合、共模扼流圈、平衡电路等方法。

解决地环路干扰方法

1) [干扰形成原因]：“地电位环路”把电位分压加在电缆屏蔽层的两端，并通过电缆两端的75欧姆匹配电阻形成回路，在负载上产生了干扰电压的。 2）切断地环路——是最有效、最简单的办法;不用任何抗干扰设备； 3） 监控系统抗干扰设计原则之一就是：末端监控设备一端接大地，前端摄像机、BNC头外壳、电缆屏蔽层，必须与大地绝缘（开路）；即使使用抗干扰设备抑制了地环路干扰，也要排除，因为“地环路”是变化的，不稳定的，随着电网大功率设备增加和用电不平衡情况的变化，地电位差大小也会变化，严重时会烧毁设备。二层环路形成原因图解。

此主题相关图片如下：

环路故障专题案例
篇四:二层环路形成原因图解

【交换机在江湖】环路故障专题（3）扁鹊问道下篇----临床案例

环路故障纷繁错杂,难寻其理。愿广为搜罗现网案例，合览汇编，以求至简至约，开卷了如指掌。 1.1.1 对接设备故障

1.1.1.1 其他厂商设备上出现华为MAC地址漂移故障案例

涉及产品和版本

S交换机V200R002及先前版本二层环路形成原因图解。

组网情况

如图1-1所示，防火墙设备上连接了三台交换机。

图1-1 其他厂商设备上出现华为MAC地址漂移问题案例组网图

现象描述

防火墙设备上能够看到00e0-fc09-bcf9 MAC地址的漂移，对防火墙的业务转发有影响。

原因分析

华为自研交换机上只有NDP会用00e0-fc09-bcf9作为协议报文的源MAC，而NDP是默认使能的，所以在这个场景中会导致防火墙设备报漂移，进而影响防火墙的转发；这个MAC地址发生漂移一般情况下对业务没有影响（如果设备上对MAC漂移配置了动作则除外）。 NDP协议报文是BPDU报文，而BPDU报文是不应该学习MAC地址的，交换机最新版本已经不会学习BPDU报文了，防火墙设备也不应该学习该MAC地址。

处理步骤

执行命令ndp disable，去使能交换机全局NDP功能。

总结与建议

无。

1.1.1.2 ATAE软件问题导致与交换机MSTP对接失败的故障案例

涉及产品和版本

S交换机所有产品和版本

组网情况

如图1-2所示，新接入的ATAE机框与Switch-1和Switch-2交换机组成口字型环路。

图1-2 ATAE软件问题导致与交换机MSTP对接失败的故障案例组网图

现象描述

在启用STP后发现环路无法正常收敛：Switch-1、ATAE-SW-8均为根桥，Switch互连端口、ATAE互连端口可正常收敛，而Switch-1、Switch-2与连接的其他ATAE机框STP无法正常收敛。

原因分析

Switch-1配置为根桥，设备的系统MAC为：4c1f-cc82-d659。新接入的ATAE机框软件版本为V200R013SPC005，该版本存在一个软件问题：对于收到的根桥MAC以59结尾的STP报文不能正常处理。

处理步骤

1. 检查各端口的STP收敛情况，发现存在两个根桥

Switch-1手动配置为STP根桥，ATAE-SW-8也选择为根桥：

<ATAE-SW-8> disply stp brief

MSTID Port Role STP State Protection 0 GigabitEthernet0/7 DESI FORWARDING BPDU

0 GigabitEthernet0/15 DESI FORWARDING NONE //ATAE互联 0 GigabitEthernet0/18 DESI FORWARDING NONE //连接Switch-2

2. 检查ATAE-SW-8 GigabitEthernet0/18端口的STP信息和收发报文情况

ATAE-SW-8上没有部署任何业务，GigabitEthernet0/18端口入方向组播报文计数有增加，但display stp信息中端口接收的MSTP报文计数一直为0：

Input(total): 818962 packets, 114519592 bytes 757300 broadcasts, 24 multicasts

----[Port18(GigabitEthernet0/18)][FORWARDING]---- Port Protocol :enabled

Port Role :CIST Designated Port Port Priority :128

Port Cost(Dot1T ) :Config=auto / Active=10000 Desg. Bridge/Port :32768.80fb-06ad-6d07 / 128.18

Port Edged :Config=disabled / Active=disabled Point-to-point :Config=auto / Active=true Transit Limit :3 packets/hello-time Protection Type :None Port Stp Mode :Stp

Port Protocol Type :Config=auto / Active=legacy

PortTimes :Hello 2s MaxAge 20s FwDly 15s RemHop 20 BPDU Sent :82117

TCN: 0, Config: 3391, RST: 0, MST: 78726 BPDU Received :0

TCN: 0, Config: 0, RST: 0, MST: 0二层环路形成原因图解。

3. 对ATAE-SW-8 GigabitEthernet0/18配置端口镜像，确认已经收到来自Switch-1的

STP报文

经ATAE研发确认，出问题的ATAE交换板使用的是V200R013SPC005版本，该版本存在已知软件问题：收到根桥MAC以59结尾的STP报文不能正常处理。

V200R013SPC006及以上版本已经解决该问题。将根桥切换到Switch-2后，MSTP收敛正常。

<ATAE-SW-8> display version

VRP (R) Software, Version 3.10, RELEASE 0010 Copyright (c) 2000-2008 HUAWEI TECH CO., LTD. uptime is 0 week,0 day,2 hours,38 minutes

OSTA 2.0 V200R013 CN21XCBA switch system

OSTA 2.0 V200R013 CN21XCBA switch version: V200R013SPC005

128M bytes SDRAM

16384K bytes Flash Memory

Config Register points to FLASH

Hardware Version is VER.A Release Logic Version is 0x03

Back Board Hardware Version is VER.A Back Board Logic Version is 0x02 Back Board Type is CN21XCRA

升级ATAE交换板软件版本到最新的V200R013SPC007。

总结与建议

多设备形态的对接问题尽量控制在网络部署阶段。

对于与其他设备对接的STP问题，首先排查配置是否存在问题、报文收发是否正常。

1.1.1.3 S交换机和CX600路由器端口UP时间不一致导致RRPP临时环路故障案例

涉及产品和版本

S交换机所有产品和版本

组网情况

如图1-3 所示，S5700设备上配置RRPP协议，S5700_1和S5700_2分别作为RRPP domain 1和domain 2的主结点，其他中间S5700做为RRPP传输结点，CX600路由器未配置RRPP协议，它们之间通过不同的VPLS VSI透传RRPP协议报文和数据业务。 图1-3 交换机和路由器端口UP时间不一致导致RRPP临时环路问题案例组网图

现象描述

当CX600_1的1号板故障重启后，发现CX600_1设备GE1/1/1端口比S5700_1的GE0/0/1端口UP的时间滞后8s或者最长能达到1分钟，单板恢复后会形成几秒钟的临时环路，可能导致业务异常。

交换机环路形成的原因

本文来源：http://www.yin56.com/zongjie/89357/