ネットワークインフラストラクチャにおいて、ループとは、ネットワークパケットが2つ以上のネットワークデバイス間を継続的にルーティングされ、目的の宛先に到達できない状態を指します。この状況は、ネットワークデバイス間に冗長パスや複数のパスが存在することで発生し、パケットがループ内で無限に移動する原因となります。
ネットワークループはネットワークパフォーマンスに深刻な悪影響を及ぼし、ネットワークの速度低下や応答停止、輻輳の増加、さらにはネットワークの停止につながる可能性があります。ネットワークループを防止することは、安定した効率的なネットワークを維持するために不可欠です。
ネットワーク ループはさまざまな理由で発生する可能性があります。以下に例をいくつか示します。
- 頻繁な連絡: スイッチやルーターなどのネットワーク デバイス間で通信が繰り返されると、パケットが複数のパスを通過することになり、ネットワーク ループが発生し、輻輳やループの形成につながる可能性があります。
- 誤って構成されたネットワークデバイス: ネットワークデバイスの設定が誤っていると、ネットワークループが発生する可能性があります。例えば、2つのスイッチポートが同じVLANに誤って設定されている場合、パケットがそれらのポート間で再ルーティングされ、ループが発生する可能性があります。
- ネットワーク設計の問題: 不適切なネットワーク設計は、ネットワークループの原因となる可能性があります。冗長性が適切に設計されていないネットワークに冗長リンクを追加すると、ネットワークループが発生する可能性があります。
- 人為的ミス: ネットワーク デバイスやケーブルの構成や変更時にミスが発生すると、人為的なエラーによってネットワーク ループが発生することもあります。
ネットワーク ループを防ぎ、関連するネットワークの問題を克服する方法を探ってみましょう。
間隔木プロトコル（STP）
スペーシングツリープロトコル（STP）は、ネットワークループを防止するための広く普及している効果的な方法です。ネットワークトポロジをアクティブに監視し、重複リンクを選択的にブロックすることで、ループを防止します。これにより、任意の2つのネットワークデバイス間でアクティブなパスが1つだけになることが保証されます。これにより、STPはループに起因するブロードキャストストームやネットワーク輻輳を防止します。ネットワークループを防止する方法は他にもありますが、STPは堅牢で信頼性の高いソリューションです。ほとんどのネットワークデバイスでサポートされており、企業ネットワークにも広く導入されています。
STP はどのように機能しますか?
STPは、どのインターフェースがトラフィックを許可するかを決定し、残りのインターフェースはブロッキング状態になります。STPは、インターフェースをパススルー状態にするかどうかを決定する際に、以下の3つの基準を使用します。
- ラジカルブリッジの選択
- ルートポートの選択
- 割り当てられたポートと割り当てられていないポートの選択
1. ルート ブリッジの選択。
複数のスイッチで構成されるネットワークでは、1つのスイッチがルートブリッジとして選出され、ネットワークの中心点となります。ルートブリッジは、ネットワーク内のスイッチのブリッジIDに基づく選出プロセスによって選択されます。ブリッジIDは、各スイッチに割り当てられる一意の識別子であり、優先度とアドレスを組み合わせて計算されます。 マック コンバータ用。
スイッチでブランチツリープロトコル（STP）を初めて有効にすると、スイッチはルートブリッジであると認識し、他のスイッチにBPDU（ブリッジプロトコルデータモジュール）メッセージをブロードキャストします。BPDUメッセージを受信した各スイッチは、送信元スイッチのブリッジIDと自身のブリッジIDを比較します。最も低いブリッジIDを持つスイッチがルートブリッジとして選択され、他のすべてのスイッチはそれに応じてSTP設定を調整します。
2つのスイッチのプライオリティ値が同じ場合、MACアドレスの小さい方のスイッチがルートブリッジとして選択されます。プライオリティ値が同点の場合は、ポートプライオリティとポートIDに基づいてルートブリッジが選択されます。ルートブリッジが選択されると、ネットワークトポロジが計算され、STPはネットワーク全体でデータを転送するための最適なパスを決定します。
次の例では、スイッチ1がブリッジID値に基づいてルートブリッジとして選択されています。すべてのスイッチのプライオリティ値は同じですが、MAC IDとプライオリティ値を組み合わせた結果、スイッチ1のMACアドレスが最も低いため、スイッチ1がルートブリッジになります。
デフォルトでは、スイッチ上でブランチツリープロトコル（STP）が有効になっています。以下のコマンドを使用して、ルートブリッジ、ルートポート、および割り当てポートの詳細を確認してください。
スパニングツリーを表示
2. ルート ポートを選択します。
各非ルートブリッジは、ルートブリッジへの最も効率的なパスを決定します。最短パスを提供するポートが、その非ルートブリッジの指定ルートポートになります。各非ルートブリッジにはルートポートが1つだけあり、これがルートブリッジへの最速パスを提供します。
ルートポートは、ルートブリッジへのアクセスにかかる非ルートスイッチの各ポートのコストを比較することで選択されます。コストが最も低いポートがルートポートとして選択されます。ポートコストは、スイッチとルートブリッジ間のリンク速度によって決まります。STPはパスコストと呼ばれるメトリックを使用してポートコストを計算します。パスコストはリンク速度に依存し、速度が速いほどパスコストは低くなります。
ルートポートの選択プロセスにおいて、非ルートブリッジ上の2つ以上のポートがルートブリッジへのアクセスコストが同じ場合、同点が発生する可能性があります。このような場合、以下のタイブレークメカニズムが使用されます。
- 送信元スイッチのブリッジIDを比較し、ブリッジIDの低いスイッチがルートブリッジになります。そして、そのスイッチに対応するポートがルートポートとして選択されます。この例では、スイッチ3はスイッチ1またはスイッチ4を介してルートブリッジにアクセスできます。
- ブリッジIDの比較後も同点が続く場合（複数のリンクが同じスイッチに接続されている場合に発生することがあります）、ネイバーポートのプライオリティ値の中で最も低い値が使用されます。デフォルトでは、ポートのプライオリティ値は128です。同点が続く場合、送信側スイッチはプライオリティが最も低いポートをルートポートとして選択します。この例では、スイッチ3にはルートブリッジにアクセスするための複数のリンクがあるため、送信側スイッチのブリッジIDが同点になっています。
この同点を決着させるため、ポート優先度が決定要因として使用されます。これらのポートは同じポート優先度を持つため、最も小さいポート番号が決定要因として使用され、結果としてポートFa0/3がルートポートとして選択されます。
3. 指定ポートと非指定ポートの選択
指定ポートはネットワークトラフィックの経路変更を担い、非指定ポートはループを防ぐためにブロックされます。ルートポートの選択と同様に、指定ポートはルートブリッジへのパスコストが最も低いポートに基づいて選択されます。ルートブリッジ上のすべてのポートが指定ポートであることに留意してください。
パスコストが同点の場合、スイッチIDを比較して割り当てポートを決定します。スイッチIDが同点のままの場合は、ローカルポート番号を使用して同点を解消し、ポート番号が小さい方のスイッチにポートが割り当てられます。
特定のポートが選択されると、スイッチ上の指定ポート以外のすべてのポートはブロッキング状態になります。これにより、ネットワーク内のループが防止され、トラフィックが正しい方向に流れるようになります。
結論として、スパニングツリープロトコル（STP）がルートブリッジ、ルートポート、割り当て済みポートと未割り当てポートを選択するプロセスを理解することは、ネットワークパフォーマンスに深刻な影響を与える可能性のあるネットワークループを防止するために不可欠です。ネットワークループは、ネットワークの速度低下や応答停止、輻輳の増加、さらにはネットワーククラッシュにつながる可能性があります。したがって、ネットワークループを防止するために広く利用されている効果的な方法として、STPを実装することは、安定した効率的なネットワークを維持するために不可欠です。
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