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UDLD协议单通类型
【摘 要】 UDLD 是一种工作于LLC 之上的二层协议,用来检测以太链路单通故障的出现,避免由于以太链路单通引发的以太网络环回和路由黑洞等问题的出现.本文主要研究通过UDLD 不仅判断出链路出现单通,并且能够判断出单通的具体类型.
【关键词】 UDLD 单通 STP BPDU Cisco
网络已经应用于我们生活的角角落落,网络对以太网的可靠性要求也越来越高,各种以保证以太网络正常运行的技术相继诞生,UDLD（Unidirection Link Detection 单向链路检测）就是其中的一种协议.所谓链路的单通,就是直连链路的一端能收到对端的报文,而另一端收不到对端的报文.UDLD协议与工作在物理层的端口检测协议一起运行,可以验证一条以太链路在物理层和逻辑链路层的完整性.UDLD 通过建立邻居、检测与邻居间二层逻辑互通性来检测以太接口是否存在单通问题.此外,因为UDLD 是进行逻辑检测,所以具有物理层端口检测协议不具有一些功能,可以检测出一些人为的配置、连接错误而引发的故障.
一、UDLD 产生的背景
UDLD 协议的产生的根源是因为生成树（STP）协议,如今的以太二层交换网络中经常需要依靠生成树协议,一方面用来学习网络的拓扑结构,防止环路的出现；另一方面也用来提供冗余链路,提高网络的可靠性.这样一来网络也处于一定的风险之中,一旦生成树协议计算出现问题,或者链路出现问题,导致生成树的协议报文无法正常传输,则网络上很可能会出现环路和广播风暴,导致严重后果.
以图1 为例,INT1-INT6 均在一个vlan 中,3 台交换机都开启生成树协议,经过计算,交换机A 为根交换机,INT3 和INT5 为根端口,INT4 为指定端口,INT6 为INT5 的备份端口,且其状态为discard,不能转发普通报文.此时INT4 接口会不断发送B PDU 报文给INT6 接口,使其一直保持discard 状态.如果此时链路出现问题,INT4 的发包或者INT6 的收包有问题,导致INT6 不能收到BPDU 报文,则过50 秒（20 秒最大生存时间+15 秒状态+15 秒学习状态）之后,INT6 会变为forward 状态,此时能够正常转发报文.
这样一来,A->C->B->A,这个方向上流量就会形成环路,出现广播风暴.UDLD 协议可以检测出这种链路单通的状态,并且及时将链路Down 掉,同时打印告警消息,防止出现环路,保证整个网络的正常工作.
二、工作的交互过程对单通类型的研究
UDLD 是一个二层逻辑链路检测协议,可以检测以太链路的逻辑连通性,并对物理连通性进行了验证.与物理连通性检测不同,UDLD 是基于邻居进行检测,第一层设备对UDLD 是透明的.UDLD 检测首先是要与相邻二层设备建立邻居关系.当一个状态UP 的以太接口开启UDLD 功能时,该接口发送邻居加入的Hello 报文通知其相邻的相关设备.
相邻的相关设备开启UDLD 功能的接口收到该Hello 报文,回送一个Echo 报文.收到该Echo 报文后,就说明在本设备看来,两台设备是双通的,在本设备建立了与对端设备的邻居关系,并回送Echo 报文.对端收到Echo 报文后,两台设备上的邻居关系就都建立了.双方邻居关系建立后,定时发送检测Hello 报文,检测链路是否工作正常.当收到邻居发来的Hello 检测报文时,更新本地存储的邻居缓存信息,并重置邻居超时时间.如果超出邻居老化时间,仍然没有收到Hello 检测报文,则认为链路处于非正常工作状态,需要根据不同的工作模式,进行相应的处理.UDLD 有两种工作模式：普通模式和激进模式.普通模式下,只有当收到协议报文确认链路单通,才会将该接口Down 掉,对于收不到相应报文或无法确认链路单通的情况,并不会对接口进行操作；在激进模式下,只要不能确认链路是双向畅通的,就将接口Down 掉.两种模式的共同点就是不管什么情况下,只要不能确认链路正常工作,都要打印告警.
一般说来,UDLD 将接口Down 的情况有如下几种：
1. 普通模式下,发送Hello 邻居加入报文后收到的Echo 报文显示对端端口的邻居不是自己；2. 激进模式下.（1）发送Hello 邻居加入报文后,收到的Echo 报文显示对端端口的邻居不是自己；（2）收到Hello 邻居加入报文后,发送Echo报文,未收到对端的Echo 报文；（3）接口下所有邻居都超过老化时间,没有收到Hello 检测报文.
三、报文类型对单 通类型的研究
UDLD 协议报文目前只有3 种：Probe 消息、Echo 消息和Flush 消息.大部分时间,接口发送的都是Probe 消息,包括没有邻居时发送的侦测报文和邻居建立好了之后的维持邻居关系的报文.一般来说,接口刚开启UDLD 功能时发送的8 个Probe 消息称为Hello 加入报文,其他情况下的Probe消息称为Hello 检测报文.Echo 消息一般出现在两个或更多接口间建立邻居的过程中,接口收到一个UDLD 的协议报文时,如果发送的接口不在自己的邻居列表中,则会发送一个Echo 消息开始邻居建立的过程.每个接口都会发送5 个Echo 报文,间隔为1 秒,发送完毕后,每个接口都建立了一张邻居表,两两之间都建立了邻居关系,完成了邻居的建立过程,之后就又开始发送Probe 消息了.也就是说,只有在接口间建立UDLD 邻居的过程中,接口才会发送Echo 消息.Flush 消息用在邻居离开时,当接口下关闭UDLD 功能时,会发送一个Flush 消息,表示退出.接口收到Flush 消息时,会删除对应的邻居条目.协议中规定接口down 掉的时候也需要发送Flush 消息,但实现上有困难,我们希望不久的将来,各大设备商能够早日实现.Echo 消息和Flush 消息报文中的RT 和RSY 两个Flags 均置为0.总的来说,Probe 消息用于周期性的发送,Echo 消息用于建立邻居关系,而Flush 消息用于邻居离开时通知对方删除对应的邻居.
结束语：一般来说,只有在设备或线缆出现问题时才会出现单通的状况,而这种状况是不可控的.普通模式下,只有当收到协议报文确认链路单通,才会将该接口Down 掉,对于收不到相应报文或无法确认链路单通的情况,并不会对接口进行操作；在激进模式下,只要不能确认链路是双向畅通的,就将接口Down 掉.
参 考 文 献[1] RFC5171,Cisco Systems Unidirectional Link Detection (UDLD) Protocol [S][2] 樊海霞,UDLD 协议单通测试环境搭建的研究,企业科技与发展,[J],2014,12.
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