探讨排除专线网络MAC地址发生漂移故障方法

在网络的发展中，专线网络是一个重要组成部分，在网络安全发展到中起到关键作用，因此开通与维护专线网络就显得极为关键，在专线网络中要对其故障情况具备敏锐洞察能力与观察能力，进而及时发现故障点，缩减故障排除的时间。

专线;网络;MAC地址漂移

1.前言

伴随在人们生活与工作等领域对网络的技术广泛加以应用，各个公司对网络安全要求越来越高，通过数据专线组建专网，可以有效的隔离互联网对网络造成的影响，减少因公司网络安全故障造成严重的损失。

2.建设专网的网络结构解析

专线网络的结构，是内网结构，是许多客户端组成一个局域网，与外部网络隔离。大型网络是通过交换机进行互联的，而交换机是通过MAC地址来确定数据的传送目的，所以MAC地址需要唯一确定。

当交换机收到数据时，它会检查它的目的MAC地址，然后把数据从目的主机所在的接口转发出去。交换机之所以能实现这一功能，是由于交换机内部有一个MAC地址表，MAC地址表记录了网络中全部MAC地址与该交换机各PORT的相应信息。某一数据帧须要转发时，交换机依据该数据帧的目的MAC地址来查找MAC地址表，从而得到该地址相应的PORT。即知道具有该MAC地址的设备是连接在交换机的哪个PORT上。然后交换机把数据帧从该PORT转发出去。

工作步骤为：

（1）交换机依据收到数据帧中的源MAC地址建立该地址同交换机PORT的映射，并将其写入MAC地址表中。

（2）交换机将数据帧中的目的MAC地址同已建立的MAC地址表进行比较，以决定由哪个PORT进行转发。

（3）如数据帧中的目的MAC地址不在MAC地址表中。则向全部PORT转发。这一过程称为泛洪（flood）。

（4）广播帧和组播帧向全部的PORT转发。

交换机其它PORT利用源MAC地址学习的方法在MAC地址表中不断加入新的MAC地址与PORT號的相应信息，直到MAC地址表加入完整为止。为了保证MAC地址表中的信息可以实时地反映网络情况，每一个学习到的记录都有一个老化时间，假设在老化时间内收到新地址信息则刷新记录。不断的循环这个过程，交换机对于全网的MAC地址信息都能够学习到。也可以手工加入交换机的MAC地址表的静态记录，手工配置的静态记录没有老化时间的限制。因为MAC地址表中对于同一个MAC地址仅仅能有一条记录，所以假设手工配置了MAC地址和PORT号相应关系后。交换机就不再动态学习这台计算机的MAC地址了。

3.MAC地址漂移产生的原因和解决方案

3.1MAC地址漂移产生的原因及现象

MAC地址漂移是指：在同一个子网内，一个MAC地址有两个出接口，并且后学习到的出接口覆盖原出接口的现象。这是官方定义，通俗的讲，MAC地址漂移指的是MAC地址表项的出接口发生了变更。即同一个MAC地址出现在一个子网内交换机的不同端口上。

MAC地址漂移会有什么影响？终端现象：上网响应慢，上网无响应，页面卡着不能动，ping网关掉包严重。交换机现象：CPU使用率高（超70%），端口流量大，伴有MAC地址漂移现象。

这些都是MAC地址漂移，组网设备形成环路导致的。只要解决MAC地址漂移，破除组网中的环路，这些讨厌的故障就会自动消失的。

为什么会有MAC地址漂移呢？

如图1，正常情况下，PC的报文通过PORT1进入Switch后，会从PORT3转发出去，MAC地址表项学习到的出接口是PORT1。但是当Switch、Switch1和Swtich2三台设备之间存在环路时，PC的报文通过Switch2-¬¬¬->Switch1后，又会通过PORT2进入Switch，导致MAC地址表项的出接口更新为PORT2，从而就会产生MAC地址漂移告警。由此可见MAC地址发生漂移的根本原因就是组网中存在二层环路。

3.2引起原因和解决方法

（1）计算机病毒引起。因专线网络通常与互联网相隔离，普通的杀毒软件无法安装到每台电脑，导致许多电脑的补丁未有更新，给新病毒提供了可乘之机。这需要安装内网的杀毒软件，如瑞星、江民、360等软件，安装离线升级包。或者临时将电脑接入互联网进行升级补丁，完成后断掉互联网并接入内网。

（2）传输数据检查。检查PTN数据是否都做了水平分割的参数，如果未进行分割，会导致内网内的终端可以互相访问，出现网络风暴的可能性大增。

（3）加强网络组网的规划。对大型网络进行vlan划分，划分为若干个子网，尽量减少子网间的相互影响。

（4）在交换机上进行抓包分析，查找那个MAC，那个端口会在网络引起的漂移故障，然后对端口进行删除。

（5）专线传输及时处理。大多数的专网是租用运营商来组建的，交换机是客户维护的资产，运营商维护人员无法及时登录交换机进行处理。这需要查看传输网管，找到有告警的端口进行删除处理（因MAC地址漂移，会许多端口有告警，但不一定是该端口引起的故障）。故障发生时，传输网管会出现ELAN业务学习到的源MAC地址发生漂移的告警。解决问题的关键在定位环路端口，关停端口，解除环路。

4.故障案例分析

4.1故障概述

某酒店反映公安身份证上传专线无法使用，维护人员接到通知及时到现场进行测试，发现ping服务器出现频繁掉包的情况。反馈给监控中心，监控按照一般故障处理情况，查看链路、光功率、上联基站是否正常，查询这些均正常，并倒换到备用电路，现场人员测试还是出现掉包的情况。

整体网络结构如图2所示：

2018年5月24日18时30分，荔浦蓝海酒店反映公安身份证上传专线无法使用，18：45荔浦县维护人员到现场进行测试，发现ping服务器出现频繁掉包的情况。反馈给监控中心，监控按照一般故障处理情况，查看链路、光功率、上联基站是否正常，查询这些均正常，并倒换到备用电路，现场人员测试还是出现掉包的情况。19：30-20：20，陆续有其他的5家酒店报公安网身份证上传系统不能使用，查询其中一个汇聚口（共有4个汇聚口，从不同的PTN网口上联至交换机）、下带许多业务口有“ELAN业务学习到的源MAC地址发生漂移”的告警。20：40，维护人员赶到监控中心，查看了告警，初步判断是网络环路引起故障。当日下午16：50，因公安网身份证上传的2个PTN传输端口已经达到了85%的业务，急需扩容，安排维护在现场从移动PTN设备新跳接了2个端口到移动收敛交换机，跳接完成后查看网管在5分钟內均无新告警产生。考虑到广播风暴、MAC地址漂移需要累计到一定程度才会出现，可能是新加网线引起的，已经把PTN端口进行了停闭，但故障依旧存在。维护人员停闭汇聚口开通的电路进行环路点排查，发现恢复几个业务后依旧后出现MAC漂移的告警，考虑可能是新加网线引起的广播风暴故障，提出拆除物理连线。21：30安排人员到现场进行网线拆除，拆除了连接线，告警消除。通知投诉客户测试网络，均恢复，故障处理完成。

故障原因分析：

告警产生情况：

查询华为PTN其中一个汇聚口下带许多业务口有“ELAN业务学习到的源MAC地址发生漂移”的告警，导致网络中断，如图3所示。

新增了2个PTN端口至交换机，接通网线后短时间内不会出现告警，但长时间导致了MAC地址漂移的产生，在拆除物理连线后故障恢复。

改进方案：交换机进行端口隔离设置，每一个端口设置一个VLAN，减少子网之间的相互影响，此次划分了4个VLAN端口。但我们不必要将交换机的每个端口都划分一个VLAN，这样会大大增加网络维护的难度，我们需要在简便和安全之间找到平衡点。

5.结束语

大量MAC地址发生漂移故障会对网络的环境造成严重影响，严重威胁到用户对专线网络的应用。在大型网络中，切实做好预防处理MAC地址漂移故障的工作就显得极其关键，这对提升网络安全的水平具有深远的意义。

参考文献

[1]余小珊.MAC地址漂移引故障[J].信息系统工程，2014，（03）：108-109.

[2]冯凯.交换机网络环路检测分析[J].信息通信，2019，（05）：246-247.

[3]赵咸红，桂刚.一种MAC漂移检测功能的实现与应用[J].邮电设计技术，2013，（08）：18-21.

作者简介：徐波（1974-），男，江苏吴县人，硕士，工程师，主要从事集团数据专线、互联网专线的建设和维护工作。