フォワーディングの基礎:VLAN、LAG、スパニングツリー、ルーティング
トランシーバーの問題が、トランシーバーの問題として名乗り出ることはありません。実際に現れるのは、スパニングツリーのトポロジー変更、LAG メンバーのサスペンド、OSPF ネイバーのダウン、VXLAN トンネルのフラッピング、あるいは「ユーザーの半分が遅い」といった形です。こうした症状を物理層まで読み解くには、フォワーディングの語彙が要ります。スイッチがどう MAC アドレスを学習するか、VLAN とトランクとは何か、リンクアグリゲーションがどうフローをハッシュするか、スパニングツリーがなぜポートをブロックするか、リンクが点滅したときルーティングプロトコルが何をするか、といったことです。このページはその語彙を、根本原因がコネクターの汚れかもしれないときに役立つ範囲に絞ってまとめたものです。
レイヤー2:MAC 学習と VLAN
| 概念 | 起きること | 光モジュールとの関係 |
|---|
| MAC 学習 | 各フレームの送信元 MAC を、受信したポートに対応づけて記録する。未知の宛先はフラッディングする | フラッピングするポートはエントリーをフラッシュして再学習する。フラップのたびに短時間のフラッディングが起きる |
| エージング | エントリーが失効する(デフォルトは 300 秒) | — |
| VLAN(802.1Q) | ブロードキャストドメイン。トランク上のフレームは 12 ビットのタグ(1–4094)を持つ | — |
| アクセスポート | タグなし VLAN を1つだけ持つ | — |
| トランクポート | タグ付き VLAN を複数持ち、ネイティブ VLAN は1つだけタグなし | アップリンク間でネイティブ VLAN が不一致だと、リンク障害ではなく部分的な疎通不良として現れる |
| MTU / ジャンボフレーム | デフォルトは 1 500 バイト、ジャンボは 9 000–9 216 | アップリンク間で MTU が不一致だと、小さいパケットは通り、大きいパケットは落ちる。断続的な光モジュール障害に見える |
| ストームコントロール、BPDU ガード、ポートセキュリティ | ポートをシャットダウンする保護機能 | これらのいずれかによる errdisable ポートは、モジュール故障のように見える(症状索引) |
スパニングツリー
| 方式 | 収束時間 | 備考 |
|---|
| STP(802.1D) | 30–50 秒 | レガシー |
| RSTP(802.1w) | < 1–3 秒 | 多くの機種でデフォルト |
| MSTP(802.1s) | RSTP と同様、インスタンス単位 | VLAN グループ |
| PVST+/Rapid-PVST+ | VLAN 単位 | Cisco |
スパニングツリーは、冗長な L2 経路をブロックします。不良な光モジュールがこれに何をもたらすかは次のとおりです。
- フラッピングするアップリンクは、トポロジー変更通知(TCN)を発生させます。TCN のたびにネットワーク全体で MAC テーブルがフラッシュされ、数秒間のフラッディングが起きます。フラップのたびにユーザーは停止を経験します(リンクフラッピング)。
- 単方向リンク(光ファイバーの片方が断線し、Tx は動作するが Rx は動作しない状態)は、 BPDU が届かなくなるとループを生み出すことがあります。UDLD、ループガード、ブリッジアシュアランスはまさにこのために存在します(リンクが確立しない)。
- ブロッキング状態のポートの LED(アンバー)は、冗長リンクでは正常な状態であり、障害ではありません(ポート名と LED)。
リーフ・スパインファブリックは、すべてのリンクをルーティングすることで STP を回避します。
リンクアグリゲーション(LAG、ポートチャネル、bond)
| 項目 | 内容 |
|---|
| プロトコル | LACP(802.1AX / 802.3ad)。メンバー間で PDU を交換し、メンバーシップをネゴシエートする。static LAG には保護機能がない |
| メンバー | 同じ速度、デュプレックス、MTU が必要。ほとんどの NOS は同じ FEC とメディアタイプも要求する。4 × 25G の光モジュールと 4 × 25G の DAC を混在させることはできない |
| ハッシュ | MAC/IP/ポートのフィールドのハッシュ値でフローを分散する。1つのフローが1メンバーの速度を超えることはない |
| エラーのあるメンバー | PDU が通っている限り、LACP はそのメンバーをバンドルに残す。あるメンバーの CRC エラーは、そこにハッシュされたフローを破損させる。「一部のセッションだけ遅く、他は問題ない」が典型的な兆候(VDM と FEC のメトリクス) |
| Min-links | アップしているメンバーが N 未満になるとバンドル全体がダウンする。劣化した1本のリンクだけで運用し続けることを防ぐ |
| 名称 | NOS ごとに Port-channel、ae、Eth-Trunk、bond、PortChannel |
| 2台のスイッチにまたがる場合 | MLAG/vPC/VLT(スタッキングと MLAG) |
実務上のポイント:LAG が「動作はしているが遅い」ときは、バンドル全体ではなく、メンバーごとのカウンターと DDM を確認してください。
レイヤー3:スイッチでのルーティング
| 概念 | 内容 | 光モジュールとの関係 |
|---|
| SVI / ルーテッドポート | VLAN または物理ポート上の IP インターフェース | ルーテッドアップリンクには STP がない。フラップはルーティングイベントになる |
| Static / OSPF / IS-IS / BGP | ルーティングプロトコル。DC ファブリックはリンクごとの eBGP または OSPF を使う | ネイバーの up/down ログから、どのリンクがいつフラップしたかを特定できる |
| ECMP | N 本のアップリンクにわたる等コストマルチパス。フローは LAG と同様にハッシュされる | 不良なアップリンクが1本あると、フローの 1/N が劣化する。BFD(50–300 ms)はプロトコルのタイマーより速く障害を検出する |
| ダンプニング | フラッピングするインターフェースのアドバタイズを抑制する | フラッピングする光モジュールはダンプニングされる。リンクは「up」だがトラフィックはルーティングされない |
| VRF | 独立したルーティングテーブル(管理 VRF に注意) | 誤った VRF 経由でスイッチに ping すると、リンク障害のように見える |
| ファーストホップ冗長化(HSRP/VRRP) | 2台のスイッチ間の仮想ゲートウェイ | フラップはゲートウェイの切り替えを引き起こす |
オーバーレイ
| オーバーレイ | 使われる場所 | 光モジュールとの関係 |
|---|
| VXLAN / EVPN | DC ファブリック:L3 上の L2 | トンネルは ECMP に乗る。スパインのリンク障害は、トンネルをランダムに劣化させる。予測可能な形ではない |
| MPLS / SR | キャリア | 高速リルート(< 50 ms)がフラップを覆い隠す。アンダーレイのカウンターを確認する |
| EVPN マルチホーミング(ESI-LAG) | MLAG の代替 | メンバーリンクは別々のリーフに接続する。ルールは LAG メンバーと同じ |
フロー制御とロスレスクラス
| 仕組み | 目的 | 光モジュールとの関係 |
|---|
| 802.3x pause | 対向を停止させる | ほとんど使われない。グローバルポーズは輻輳を隠してしまう |
| PFC(802.1Qbb) | RoCE/FCoE 向けの優先度別ポーズ | CRC エラーのあるリンクが引き起こすのは再送であってポーズではない。ただし、フラッピングするポートからのポーズストームは、ロスレスクラスをファブリック全体で止めてしまうことがある(ロスレス Ethernet) |
| ECN | 輻輳をマークする | — |
フォワーディングの症状を物理層に読み替える
| フォワーディングの症状 | 確認すべき物理的な原因 |
|---|
| 数分おきの STP TCN、ログ上の MAC フラップ | アップリンクが1本フラッピングしている。DDM の Rx パワーが受信感度に近い、コネクターの汚れ |
| LACP メンバーが「suspended」/「individual」 | そのメンバーでの FEC または速度の不一致。モジュールが認識されていない |
| 1本のリンクで OSPF/BGP ネイバーがリセットされる | 光モジュールのフラッピング、またはモジュールが温度上限に達している |
| ECMP:一部のフローだけ遅い、またはロスがある | FEC 訂正不能エラーまたは CRC のあるアップリンクが1本ある |
| ジャンボフレームは失敗するが ping は通る | MTU の問題。光モジュールではない |
| 光ファイバー修理後のループまたはブロードキャストストーム | 単方向リンク、MPO での極性の入れ替わり、UDLD 未設定 |
| ソフトウェアアップグレード後にトラフィックが止まる | 新しいリリースでサードパーティ製光モジュールが拒否されている(互換性マトリクスとファームウェア) |
| サーバー側ではリンク up だがトラフィックがない | VLAN の誤り/ネイティブ VLAN の不一致、またはスイッチ側だけ LAG が組まれサーバー側にはない |
各行の裏付けとなる物理的な確認手順は、症状索引と スイッチ上の光モジュールの検証にあります。
CodingBox では
フォワーディング層の症状はポートを指し示し、ポートはモジュールを指し示します。モジュールの DDM、識別情報、しきい値を、スイッチ上またはベンチ上で読み取れば、事案は解決します。 code database にモジュールごとの記録を残しておけば、「また LAG が遅い」が「メンバー3、シリアル X、Rx −17 dBm、交換済み」に変わります。