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晚上好，我的网工朋友
网络环路是网络设计中一个常见的问题，它不仅可能导致性能下降，还可能引发一系列连锁反应，严重影响网络服务的质量。
网络环路通常指的是在一个封闭的网络路径中，数据帧或数据包不断地循环传输的现象。
这种现象在二层网络中尤为突出，主要由于冗余链路的存在而没有适当的路径控制机制。在三层网络中，环路则更多地与路由协议的配置错误有关。
无论是哪种情况，网络环路都会给网络带来不稳定因素，例如广播风暴、路由震荡等，严重时甚至会导致整个网络瘫痪。
深刻了解二层与三层环路对于咱网工来讲是相当重要的，今天就来讲讲二层环路和三层环路之间的差异以及解决办法，不知道大家平时碰到的的多吗，都是用哪个办法解决的，欢迎在评论区留言
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01 二层环路
二层环路是指在网络的数据链路层（OSI模型的第二层），由于存在多个闭合的物理连接路径，导致数据帧在这些路径之间无限循环传输的现象。
这种环路通常发生在局域网（LAN）环境中，特别是在使用了冗余链路的情况下。
01 二层环路由何而来？
冗余链路
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在许多企业网络中，为了提高网络的可靠性和可用性，会设计多条物理链路连接网络设备。
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如果这些链路形成了闭合的环形结构，且没有适当的路径控制机制，就可能会导致二层环路的出现。
不正确的网络配置
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当网络设备之间的端口被错误地配置为全双工模式，或者使用了不合适的VLAN划分时，也可能造成环路。
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此外，如果网络中存在物理连接错误，比如误插线缆，也可能无意间形成环路。
02 二层环路带来的问题
广播风暴
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二层环路会导致广播帧在网络中不断循环传播，消耗大量的带宽资源，并可能使交换机过载，从而影响正常的通信流量。
MAC地址表不稳定
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交换机会根据接收到的数据帧更新其MAC地址表。如果存在环路，MAC地址表将会频繁更新，导致交换机无法正确地转发帧，从而降低网络效率。
数据帧重复
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由于环路的存在，相同的数据帧会在网络中重复传送，增加了不必要的网络负载，并可能导致数据包的延迟和丢包。
02 如何避免或解决二层环路
01 STP（生成树协议）
生成树协议是一种用于防止二层环路的标准协议。它的核心思想是在物理上可能存在环路的网络中构建一个无环的逻辑拓扑结构。
STP通过选举根桥和计算最短路径树来确定哪些端口应该处于转发状态，哪些端口应该被阻塞，从而打破物理上的环路。
02 RSTP/MSTP等现代STP变种
快速生成树协议 (RSTP)
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快速生成树协议（Rapid Spanning Tree Protocol, RSTP）是对STP的一种改进版本，它提高了收敛速度，使得网络能够在更短时间内从故障中恢复过来。
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RSTP允许端口更快地进入转发状态，并且减少了BPDU的发送间隔，从而加快了网络的响应时间。
多生成树协议 (MSTP)
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多生成树协议（Multiple Spanning Tree Protocol, MSTP）进一步扩展了RSTP的功能，允许基于VLAN来创建多个生成树实例。
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这意味着不同的VLAN可以在各自的生成树上运行，从而更好地利用网络资源，并提供更灵活的网络设计选项。
03 三层环路
三层环路，也称为网络层环路，是指在网络中的第三层（即网络层，根据OSI七层模型），由于路由配置不当或路由选择算法的缺陷，导致数据包在网络中不断循环的现象。
这种环路通常出现在使用动态路由协议的广域网（WAN）或大型局域网（LAN）环境中。
01 三层环路由何而来？
路由协议的不当配置
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动态路由协议（如RIP、OSPF、BGP等）依赖于邻居之间的路由信息交换来维持最新的路由表。如果这些协议被错误配置，例如设置了不正确的度量值或路由优先级，就可能导致环路的发生。
冗余路径未妥善管理
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在具有冗余路径的设计中，如果没有正确实施负载均衡策略或没有采用适当的路由控制机制，也可能导致数据包在网络中循环。
02 三层环路带来的问题
路由震荡
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三层环路会导致路由表频繁更新，这会增加CPU负担，并可能导致路由信息的混乱，使得路由器无法正确地做出路由决策。
路由表不稳定
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环路的存在会使路由表变得不稳定，路由条目可能会不停地增加和删除，影响网络的整体稳定性。
数据包丢失或重复
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数据包在网络中不断循环时，它们可能会因为TTL（Time To Live）字段耗尽而被丢弃，或者在某些情况下，重复到达目的地，造成数据传输的不可靠性。
04 如何避免或解决三层环路
01 RIP中的环路预防
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路由毒化：当一条路由不再有效时，路由器会向邻居发送包含该路由的毒性信息，设置度量值为无穷大（通常为16），以阻止其他路由器继续使用这条路由。
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水平分割：这是一种防止路由信息回传给信息来源的技术，即路由器不会将从某个接口获得的路由信息再通过该接口广播出去。
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触发更新：当检测到网络变化时，立即发送更新信息而不是等待下一周期的更新周期。
02 OSPF中的环路预防
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OSPF 是一种链路状态路由协议，它使用SPF算法来计算最优路径。
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区域划分：通过将网络划分为多个逻辑区域（如骨干区域 0 和非骨干区域），并在区域边界路由器（ABR）上应用过滤规则，可以有效减少环路的可能性。
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Stub 区域：Stub 区域内的路由器不会学习到除默认路由以外的外部路由，这有助于简化路由表并减少环路风险。
03 BGP中的环路预防
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BGP 是一种外部网关协议，主要用于自治系统（AS）之间的路由选择。
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AS_PATH 属性：BGP 使用 AS_PATH 属性来记录数据包经过的所有自治系统的序列号，这有助于防止路由环路，因为任何包含自身 AS 号的路由都不会被接受。
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最大跳数限制：BGP 还可以通过设置最大跳数来限制路由的传播范围，从而避免环路。
04 配置适当的路由策略
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路由汇总：通过汇总路由前缀，可以减少路由表大小，同时减少路由信息的交换频率，从而降低环路的风险。
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路由过滤：使用访问控制列表（ACLs）或其他过滤机制来阻止无效或不需要的路由信息传播。
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路由反射器：在大规模网络中，使用路由反射器可以减少 IBGP 邻居关系的数量，同时保持路由信息的一致性，避免环路发生。
原创：老杨丨11年资深网络工程师，更多网工提升干货，请关注公众号：网络工程师俱乐部