ネットワークが不安定になっている原因は様々で原因の特定は難しいのですが、機械は何も壊れていないのに、ネットワークん接続できなかったり、とっても遅くなったり。
そんな時はひょっとしたらネットワークがループしているかもしれません。
機器故障を考えて交換する前にネットワークがループしていないか確認してみましょう。
この記事ではネットワークがループしている状態の説明とそうならないための予防方法をご説明します。
ネットワークのループってどういう状態？
Akariネットワークがループしているってどんな状態なんですか？
Daisukeわかりやすくイラストにしてみたよ。
ネットワークがループしている状態①
基本的なネットワークの場合２つのスイッチ（HUB）同士で接続されるLANケーブルは1本のみで、２本以上のLANケーブルが接続されるとループになってしまいます。
ネットワークがループしている状態②
同じスイッチ（HUB）から出ているLANケーブルがまた同じスイッチに戻っています。
この場合でもネットワークのループが発生してしまいます。
Akari文字通り輪（ループ）になっている状態ですね。
ネットワークがループすると何が起こるのか
ではネットワークがループするとどんなことが起こるのでしょうか？
簡単に説明します。
通信データ（パケット）がループする
ネットワークがループすると、通信データ（パケット）が同じ経路を無限にループするため、目的地に到達できなくなります。
その結果、サーバーにアクセスできない、インターネットに接続できない、などのトラブルに発展します。
パケットが増えて過負荷状態になる
ループするパケットは無限に増殖するため、ネットワークを過負荷にしてしまいます。
ネットワーク全体に通信を伝達するパケットを「ブロードキャストパケット」と言いますが、このパケットは同一ネットワーク内に接続されたスイッチやPCから出力されます。
ループ状態のネットワークにブロードキャストパケットが流れ込むとパケットは全てのポートから出力されるため、パケットが無限に増殖することになります。
その結果過負荷状態になり、ネットワークの帯域幅を占有するため、ネットワーク全体のトラブルに発展してしまいます。
対策をしていないネットワークの場合どこか1つのスイッチでループが発生しただけでも、会社全体のネットワークを停止させてしまいます。
ちょっと難しい専門用語付きの解説を見たい方はこちらのアコーディオンを展開して下さい。
ネットワークがループすると、スイッチングネットワークにおいてフレームが無限にループするため、目的地に到達せず、無限ループ状態になってしまいます。これをBroadcast Stormと呼びます。
ループするパケットは、ネットワークにおいて繰り返し転送されるため、Broadcast Domainにおいてフレームが増殖します。
この状態が継続すると、ネットワーク帯域幅が飽和し、パフォーマンスが低下します。
さらに、ループするフレームが永遠に増加し続けるため、スイッチやルータが自身が処理するキューにおいて、メモリが飽和するという問題が発生します。これをMACアドレスフラッディングと呼びます。
Broadcast StormやMACアドレスフラッおグは、ネットワークをクラッシュさせ、ネットワーク全体の可用性を低下させるため、適切なメカニズムが必要です。スパニングツリープロトコル (STP) は、ネットワークにおけるブリッジングループを自動的に検出し、有効なパスを選択することで、Broadcast StormやMACアドレスフラッディングを防止します。また、STPを改良したRapid Spanning Tree Protocol (RSTP) やMultiple Spanning Tree Protocol (MSTP) などもあります。
Akari簡単にループしてしまいそうなのに、かなりの大事件に発展しそうですね。
Daisukeそうだね、何も対策していない場合簡単にネットワーク全体を止めて業務停止に追い込まれちゃうかも。
ネットワークループを起こしやすい状況
それでは私が今まで経験したネットワークのループを起こしやすい状況を説明しますね。
どこでもありがちなケースですので注意して下さい。
余っているLANケーブルを近くのスイッチ（HUB）に挿してしまう
これは一番よくあるケースですね。
掃除している時や机の下を整理している時にLANケーブルが余っているのを見つけて親切心で近くのスイッチ（HUB）に挿してしまうことで起こります。
完璧にやらかしているのですがやらかした本人は親切でやっているので気づかないことや、シラを切られしまうことが多くあります。
Akariここで正直に申し出てくる方は優しい人でしょうね。
壁の余っているポートにLANケーブルを挿してしまう
壁についているLANポートを情報コンセントやジュラジャックといいますが、この先にはスイッチ（HUB）がついているので、ここでループさせてしまうこともあります。
この写真はLANポートが1つなのでループすることはありませんが、学校や病院の場合ネットワークを分けるために2つ以上LANポートがついている情報コンセントをよく見かけます。
ネットワークが別れれいれば両方にLANケーブルを挿してループ状態にしても、通信ができないので問題はありませんが、同一ネットワークの場合はその瞬間にループが発生してしまいます。
この場合も挿してしまった人は親切心だったり無意識だったりするので場所の特定が難しくなりますね。
ループを防ぐための予防方法
そんなおこってしまうと大変なループですが、メーカーも今まで何も対策をしてこなかったわけではありません。
最近はスイッチ（HUB）本体にループを検知してスイッチを止め、ネットワーク全体に影響を与えないようにする、「ループ検知機能」がついたスイッチが安く普及してきました。
それ以外にも様々な手段がありますのでここでご紹介します。
使用しないポートを物理的に塞ぐ
余っているポートがあるからLANケーブルを挿してしまうのであって、そもそも空きがなければループにならないという発想です。
企業や学校などで外来者が出入りする場所に情報コンセントがある時に勝手に接続されないように使うこともできます。
鍵が共通なのでセキュリティ対策として万全とは言えませんが、簡単に使えないようにしてあるだけで、ループの事故やセキュリティ事故が防げる可能性は高いですね。
ケーブルタグをつける
そのケーブルが挿さる機器の名前でタグを作ってケーブルのLANコネクタ付近につけておけば、間違えて刺そうとしてしまった時に気づきます。
LANケーブルは見た目どこにつながっているかわからないので、掃除の際に一時的に取り外したら、どこに繋ぐかわからなくなった。
とならないようにケーブルタグをつけておくといいかもしれませんね。
Akariこれなら電源ケーブルにつけてもいいですね！カラフルで可愛い！
Daisuke業務用の専用タグもあるけど家庭で使うのならこういうタイプの方がおすすめだよ。
使わないポートはdisableにしておく
これはマネジメント機能のついている高価なスイッチでしか実現できませんが、空いているポートをdisable(無効)にしてしまえば、仮に繋いでしまってもループになりません。
スイッチでSTPが有効になっていると、仮にループしていてもループ検知せずにブロッキングとフォワーディングの切り替えを頻繁に行う状態になってしまうことがあります。
スイッチによってはSTPプロトコルが初期値で有効になっている製品もありますので、使わない場合はSTPを無効にしておくことをおすすめします。
STPについてもっと詳しく知りたい！
以下にSTPについて、より詳細な説明を見出し付きで説明します。
- STPとは何ですか？
STP（Spanning Tree Protocol）は、ネットワーク上のループを回避し、ブロードキャストストームを防止するためのプロトコルです。STPは、ネットワーク内のスイッチ間でループフリーなパスを選択することで、これらの問題を解決します。 - STPが必要な理由は何ですか？
STPは、ネットワーク上でスイッチが相互接続されている場合に必要です。スイッチが相互接続されていると、同じフレームが複数回転送され、ネットワークがクラッシュする可能性があります。STPは、このような状況を回避するために設計されました。 - STPの動作方法は何ですか？
STPは、ブリッジIDを使用した競争的な選択プロセスを実行することで、ネットワーク内のスイッチ間でループフリーなパスを選択します。ルートブリッジは、ネットワーク内のすべてのスイッチによって認識され、ネットワークのトポロジーに基づいて自動的に選択されます。 - STPの主要な状態は何ですか？
STPには、以下の3つの主要な状態があります。
- Blocking（ブロッキング）：ポートは受信されたBPDUsを処理し、自分がルートブリッジになれないことを確認して、データフレームを通過させない状態です。
- Learning（学習）：ポートは、自分が直接接続されたMACアドレスを学習し、自分の転送テーブルに追加することができます。
- Forwarding（転送）：ポートは、通常の転送を行うことができます。
- STPの問題点は何ですか？
STPの問題点は、ネットワークが大きくなると、STPの収束時間が増加し、ネットワークのパフォーマンスが低下することです。また、STPは、トポロジー変更が発生した場合には、全ネットワークにわたってループ防止プロトコルが再実行され、一時的な通信中断が発生することがあります
まとめ
この記事では
以上の３点をご説明しました。
ネットワークのループは簡単に発生する割に被害が大きく、会社や施設などそのネットワーク全体を止めてしまうこともあります。
そうならないためにもネットワークのループについてある程度覚えておきましょう。
知っているのと知っていないのでがいざ事象が発生した時の対処スピードが変わりますよ。
インターネットに繋がらない時の対処方法をまとめた記事があります。
他にもWindowsやその他PC関連の困った時に対処方法をまとめてあります
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