VLANインスタンスの制限によるネットワーク停止について

はじめに

このドキュメントでは、ローエンドレガシーCatalystスイッチのVLANインスタンス制限によるネットワーク停止の可能性と、その防止について説明します。

前提条件

要件

シスコでは、スパニングツリープロトコル(STP)とCisco Catalystスイッチの機能に関する知識に加えて、基本的なスイッチングの概念に関する知識があることを推奨しています。

使用するコンポーネント

このドキュメントの情報は、主にローエンドレガシーデバイスであるCisco Catalystスイッチに基づくもので、特定のソフトウェアやハードウェアのバージョンに限定されることなく、すべてのバージョンに適用できます。

このドキュメントの情報は、特定のラボ環境にあるデバイスに基づいて作成されました。このドキュメントで使用するすべてのデバイスは、クリアな（デフォルト）設定で作業を開始しています。本稼働中のネットワークでは、各コマンドによって起こる可能性がある影響を十分確認してください。

背景説明

ネットワークインフラストラクチャの信頼性は組織の運用にとって重要であり、ネットワークハードウェアの制約を管理することは、継続的な安定性を確保する鍵となります。ローエンドレガシーのCatalystスイッチは、多くの古いネットワーク環境に欠かせないものですが、多くの場合、VLANインスタンスの制限などの重大な問題を引き起こす可能性のある制限に直面します。この制限は、スイッチが同時にサポートできるSTPインスタンスの数に関係します。これらのスイッチでVLANインスタンスの上限に達すると、追加のVLANに対してSTPを有効にすることができなくなり、ネットワークループや機能停止のリスクが生じます。

VLANインスタンスの制限について

ループ防止用にSTPを必要とするスイッチ上の各VLANは、個別のインスタンスとしてカウントされます。ローエンドスイッチおよびレガシースイッチには、処理できる同時STPインスタンスの数に対して厳密な制限があります。最大値に達すると、追加のVLANはSTPセーフガードなしで動作するため、ネットワークはブロードキャストストームや広範な停止を引き起こす可能性があるループに対して脆弱になります。

サポートする数よりも多くのVLANで動作するCisco Catalyst 3850スイッチの例：

Switch#show run | i span
spanning-tree mode rapid-pvst
spanning-tree loopguard default
spanning-tree extend system-id
no spanning-tree vlan 43,125,402,404,406,409,412,414-415,418-420,422-424,426 < ----- STP disabled on these Vlans
no spanning-tree vlan 427,430
spanning-tree vlan 1-1005 priority 40960

スイッチは、サポートされているスパニングツリーインスタンスの最大数で動作しています。

Switch#show spannig-tree summary totals
Name                   Blocking Listening Learning Forwarding STP Active
---------------------- -------- --------- -------- ---------- ----------
128 vlans < -----           29         0        0       1481       1510


Switch#show spanning-tree instances
MAX STP instances supported is 128 < -----

VLANインスタンスの制限を超えるリスク

スイッチ上のVLANインスタンスの制限を超えても、通常はただちに停止することはありません。その代わりに、ネットワークの再設定時や新しい接続が誤ってループを作成する際に、予期せぬ潜在的なリスクが発生する可能性があります。これらのループを検出してブロックするSTPがなければ、1回の手順ミスがネットワークの重大な中断に連鎖する可能性があります。

一般的な症状

1. MAC – フラップ：

%MAC_MOVE-SW1-4-NOTIF: Host xxxx.xxxx.xxxx in vlan <> is flapping between port (1) and port (2)
%MAC_MOVE-SW1-4-NOTIF: Host yyyy.yyyy.yyyy in vlan <> is flapping between port port (1) and port (2)
%MAC_MOVE-SW1-4-NOTIF: Host zzzz.zzzz.zzzz in vlan <> is flapping between port (1) and port (2)

2.トポロジ変更通知：

VLAN0999 is executing the rstp compatible Spanning Tree protocol
  Number of topology changes 72413 last change occurred 0o:00:05 ago
          from TenGigabitEthernet1/1/1
VLAN0608 is executing the rstp compatible Spanning Tree protocol
  Number of topology changes 1106 last change occurred 00:07:53 ago
          from TenGigabitEthernet1/1/1
VLAN0301 is executing the rstp compatible Spanning Tree protocol
  Number of topology changes 25824 last change occurred 00:03:13 ago
          from Port-channel21

3. 割り込み/ARP入力/STPプロセスが原因の高いCPU使用率：

CPU utilization for five seconds: 99%/5%; one minute: 98%; five minutes: 97%
 PID Runtime(ms)   Invoked      uSecs   5Sec   1Min   5Min TTY Process
  11   48417100   4048595      11957  28.47% 27.55% 27.15%   0 ARP Input < ----- High CPU due to ARP Input 
 130    2296685   1887488       1216  21.19% 20.49% 20.01%   0 Spanning Tree
 205   12387701   1054338      11749   8.91%  9.02%  9.10%   0 Hulc LED Process
  88    3036802    283172      10723   6.71%  6.98%  6.85%   0 IP Input
  44     867032    754781       1148   4.27%  4.45%  4.35%   0 Interrupts

予防と緩和のテクニック

ローエンドのレガシーCatalystスイッチでのVLANインスタンスの制限に関連するリスクを軽減するために、ネットワーク管理者はいくつかの戦略を採用できます。

1. VLANの統合：可能な場合はネットワークトラフィックを結合または再セグメント化することにより、STPを使用してVLANの数を削減します。
2. MSTPの実装：PVST+またはRapid-PVST+からMultiple Spanning Tree Protocol(MSTP)に移行して、VLANをより少ない数のSTPインスタンスにグループ化します。
3. STPへの参加の最適化：ループのリスクが低いVLAN上、または代替のループ防止メカニズムが導入されているネットワークのセグメントでSTPを無効にします。
4. ネットワークインフラストラクチャのアップグレード：古いローエンドスイッチを、より多くのSTPインスタンスをサポートできる最新のハードウェアに置き換えます。
5. ネットワークの再設計：トラフィックフローを最適化し、必要なVLANの数を削減し、既存のハードウェアの機能とより適切に連携するために、ネットワーク設計を再評価します。

結論

ローエンドのレガシースイッチでVLANインスタンスの上限に達することは、対処しなければネットワークの停止につながるタイムボムとなり得ます。 このリスクを軽減し、老朽化したテクノロジーに直面したネットワークインフラストラクチャの復元力を確保するには、ハードウェアのアップグレードや戦略的なネットワーク設計の調整など、プロアクティブなネットワーク管理が不可欠です。