Vòng lặp (loop) trong mạng là gì? Nguyên nhân và cách khắc phục

Trong bài viết này, chúng ta sẽ đi tìm hiểu chi tiết về vòng lặp mạng (network loop) là gì? Nguyên nhân xảy ra vòng lặp và cách ngăn chặn nó như thế nào? Cũng như tìm hiểu các tính năng ngăn chặn vòng lặp như Loop Prevetion của bộ chuyển mạch!

Vòng lặp mạng (Network Loop) là gì?

Vòng lặp mạng (Network Loop) là một tình trạng mà dữ liệu hoặc gói tin mạng lặp lại liên tục qua các thiết bị mạng hoặc đường truyền. Hậu quả của việc xuất hiện vòng lặp có thể dẫn đến các vấn đề nghiêm trọng trong hoạt động của mạng, như tắc nghẽn, mất dữ liệu, giảm chất lượng kết nối, và ảnh hưởng đến hiệu suất toàn bộ hệ thống.

Hiểu đơn giản hơn, khi có vòng lặp mạng, gói tin mạng có thể đi qua cùng một đường truyền hoặc thiết bị nhiều lần, tạo ra một chuỗi vô hạn các lần lặp. Điều này có thể xảy ra do sự không đồng bộ giữa các thiết bị mạng, cấu hình sai lầm, hoặc thiết kế mạng không đúng.

Tại sao vòng lặp mạng xuất hiện?

Nguyên nhân khiến vòng lặp xảy ra gồm do kết nối dự phòng hoặc do cấu hình mạng:

Nguyên nhân 1:

Vòng lặp xảy ra khi mạng có nhiều đường dẫn (có thể là cáp nối hoặc kết nối không dây) từ cùng một nguồn đến 1 đích. Lúc này, thông sẽ lặp lại và tự khuếch đại do sử dụng đường dẫn bổ sung thay vì dừng lại khi đến đích.

Hãy quan sát ví dụ sau đây:

Trong mạng trên có 2 Switch (Sw1 và Sw2) liên kết với nhau bằng 1 sợi cáp duy nhất. Để tăng tính dự phòng trong mạng, người ta thường sẽ lắp đặt thêm 1 đường cáp nối song song nữa giữa 2 Switch. Tuy nhiên điều này lại tạo ra vòng lặp.

Vòng lặp được tạo ra như sau:

• H1 gửi yêu cầu ARP để tìm địa chỉ MAC của H2.
• SW1 sẽ chuyển tiếp khung phát sóng ra tất cả các cổng ngoại trừ cổng nhận. Vì yêu cầu ARP là một Broadcast.
• Khi đó, SW2 sẽ nhận được cùng 1 khung phát sóng từ 2 đường kết nối với Sw1.

Đây chính là lúc vòng lặp xuất hiện:

• SW2 cũng sẽ chuyển tiếp khung phát sóng tới các cổng của nó trừ cổng nhận.
• Tức là khung từ cổng Fa0/0 sẽ chuyển tiếp trên cổng Fa1/0.
• Khung từ cổng Fa1/0 sẽ chuyển tiếp từ cổng Fa0/0.

Lúc này SW1 lại tiếp tục nhận được 2 khung phát sóng giống nhau từ SW2. Và nó lại tiếp tục giống như vậy. Đây chính là vòng lặp. Việc chuyển tiếp khung này sẽ diễn ra liên tục và vô hạn chứ không dừng lại khi đến đích.

Nguyên nhân 2:

Vòng lặp mạng cũng có thể xảy ra do cấu hình mạng. Trong đó, có nhiều đường dẫn dẫn giữa hai máy tính hoặc thiết bị khiến các gói bị chuyển tiếp liên tục. Đặc biệt nếu mạng sử dụng thiết bị HUB. Các thiết bị như Switch và Router có thể giảm thiểu tình trạng này.

Với các quản trị viên, đặc biệt trong các mạng lớn và phức tạp, thường phải xử lý các vòng lặp mạng và broadcast do lỗi người dùng, thiết bị mạng bị lỗi hoặc cấu hình mạng không chính xác. Các lỗi này cần phải xử lý nhanh chóng để tránh gây ra gián đoạn mạng.

Hậu quả của vòng lặp trong mạng?

Vòng lặp trong mạng có thể tạo ra những tác hại nghiêm trọng đối với hoạt động của mạng. Dưới đây là một số tác hại chính:

1. Tắc nghẽn mạng: Vòng lặp có thể tạo ra lưu lượng mạng không mong muốn và dẫn đến tắc nghẽn trong mạng. Dữ liệu sẽ lặp đi lặp lại qua các đường truyền, tăng gấp đôi hoặc gấp nhiều lần khả năng sử dụng băng thông, làm giảm hiệu suất của mạng và làm chậm tất cả các dịch vụ khác.
2. Mất dữ liệu và chất lượng kém: Vòng lặp có thể dẫn đến mất dữ liệu và chất lượng kém trong mạng. Các gói tin có thể bị lặp đi lặp lại nhiều lần, dẫn đến việc mất thông tin và làm giảm độ tin cậy của dữ liệu truyền.
3. Khó khăn trong gỡ lỗi: Khi có vòng lặp trong mạng, việc xác định nguyên nhân của sự cố trở nên khó khăn. Người quản trị mạng sẽ phải dành nhiều thời gian để tìm ra và loại bỏ vòng lặp, làm tăng thời gian gián đoạn dịch vụ và tăng chi phí bảo trì.
4. Ảnh hưởng đến độ tin cậy của mạng: Vòng lặp có thể gây ra sự không ổn định trong mạng, ảnh hưởng đến độ tin cậy của mạng. Nếu một số kết nối mạng không hoạt động đúng cách do vòng lặp, các thiết bị có thể trở nên không sẵn sàng và dẫn đến sự gián đoạn trong cung cấp dịch vụ.
5. Tiêu tốn tài nguyên hệ thống: Vòng lặp tạo ra một luồng lưu lượng không hiệu quả trong mạng, dẫn đến việc tiêu tốn tài nguyên hệ thống. Băng thông và dung lượng xử lý của thiết bị có thể bị lãng phí cho dữ liệu không mong muốn, làm giảm hiệu suất toàn bộ hệ thống.

Các loại vòng lặp trong mạng

Có hai loại chính của vòng lặp mạng mà người quản trị mạng cần phải đối mặt:

1. Vòng lặp Layer 2 (Vòng lặp MAC):

Đây là loại vòng lặp xảy ra ở lớp 2 của mô hình OSI, nơi địa chỉ MAC được sử dụng để xác định các thiết bị mạng. Vòng lặp này thường xuất hiện khi có sự không đồng bộ trong thông tin chuyển đổi MAC hoặc khi cấu hình sai trong các giao thức chống chồng chéo như Spanning Tree Protocol (STP).

2. Vòng lặp Layer 3 (Vòng lặp IP):

Vòng lặp loại này xảy ra ở lớp 3 của mô hình OSI, nơi địa chỉ IP được sử dụng. Vòng lặp này có thể xảy ra khi có sự không đồng bộ trong bảng định tuyến, khi có sự thay đổi trong cấu hình IP, hoặc khi các giao thức định tuyến không được cấu hình đúng.

Để ngăn chặn và giải quyết vấn đề vòng lặp mạng, người quản trị thường sử dụng các kỹ thuật và giao thức như Spanning Tree Protocol (STP) để loại bỏ vòng lặp ở lớp 2 và các cơ chế định tuyến động (như OSPF, EIGRP) để tránh vòng lặp ở lớp 3.

Tìm hiểu chi tiết về vòng lặp trong Layer 2

Trong bài này, ta sẽ tìm hiểu chi tiết hơn về vòng lặp ở lớp 2. Đây là nơi xuất hiện vòng lặp chính và hay gặp nhất. Trong ví dụ đầu bài về liên kết dự phòng giữa 2 Switch, mình đã chia sẻ chi tiết về việc vòng lặp xuất hiện như thế nào?

Trong thực tế, có khá nhiều trường hợp xuất hiện vòng lặp như:

1. Switch kết nối với chính nó bằng cáp Ethernet:

2. Thiết bị không dây được kết nối với Router bằng cả Wifi và cáp Ethernet:

3. Thiết bị không dây kết nối với bộ khuếch đại bằng cả wifi và cáp Ethernet:

Làm thế nào để ngăn chặn vòng lặp?

Để ngăn chặn vòng lặp trong mạng, người quản trị thường áp dụng các biện pháp và kỹ thuật sau đây:

1. Sử dụng Spanning Tree Protocol (STP): STP là một giao thức chống chồng chéo được thiết kế để phát hiện và loại bỏ các đường lặp trong mạng. Khi có nhiều đường truyền giữa các thiết bị, STP sẽ tự động chọn ra một đường chính và tắt các đường dự phòng, loại bỏ vòng lặp.
2. Giám sát và cấu hình chính xác: Người quản trị mạng cần giám sát cẩn thận cấu hình của các thiết bị mạng để đảm bảo rằng chúng được cấu hình đúng và không tạo ra đường lặp không mong muốn. Việc thường xuyên kiểm tra và cập nhật cấu hình là quan trọng để ngăn chặn sự xuất hiện của vòng lặp.
3. Sử dụng Cấu hình EtherChannel hoặc Port Aggregation: Đối với các kết nối giữa các switch, việc sử dụng EtherChannel hoặc Port Aggregation giúp kết hợp nhiều đường truyền vật lý thành một kênh ổn định, giảm khả năng xuất hiện vòng lặp.
4. Tối ưu hóa cấu trúc mạng: Thiết kế mạng một cách cẩn thận để tránh tạo ra đường lặp không mong muốn. Sử dụng các kỹ thuật như Hierarchical Network Design để tạo ra cấu trúc mạng hiệu quả và dễ quản lý.
5. Sử dụng các giao thức định tuyến phù hợp: Các giao thức định tuyến động như OSPF, EIGRP được thiết kế để tránh vòng lặp ở lớp 3. Chúng tự động cập nhật bảng định tuyến khi có sự thay đổi trong mạng, ngăn chặn vòng lặp và đảm bảo đường truyền hiệu quả.
6. Kiểm soát độ trễ và độ rộng băng thông: Sử dụng các kỹ thuật kiểm soát độ trễ (QoS) và độ rộng băng thông (Bandwidth Control) để giữ cho lưu lượng mạng được quản lý một cách hiệu quả, giảm khả năng tạo ra tắc nghẽn và vòng lặp.

Để tốt nhất, người quản trị mạng thường kết hợp các biện pháp trên để giảm thiểu rủi ro và đảm bảo tính ổn định và hiệu suất của hệ thống mạng.

Cảm ơn bạn đã đọc đến những dòng cuối cùng này. Mong rằng qua bài viết, bạn đã hiểu được vòng lặp trong mạng thực sự là gì? Nguyên nhân nào dẫn tới và cách khắc phục nó ra sao? Nếu có câu hỏi thắc mắc, hãy để lại tại phần bình luận. Mình sẽ giải đáp nhanh chóng!