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广播风暴

广播风暴(broadcast storm)简单的讲是指当广播数据充斥网络无法处理,并占用大量网络带宽,导致正常业务不能运行,甚至彻底瘫痪,这就发生了"广播风暴"。一个数据帧或包被传输到本地网段 (由广播域定义)上的每个节点就是广播;由于网络拓扑的设计和连接问题,或其他原因导致广播在网段内大量复制,传播数据帧,导致网络性能下降,甚至网络瘫痪,这就是广播风暴。

要理解什么是广播风暴,就必须先理解网络通信技术。 网络上的一个节点,它发送一个数据帧或包,被传输到由广播域定义的本地网段上的每个节点就是广播。

网络广播分为第2层广播和第3层广播。第2层广播也称硬件广播,用于在局域网内向所有的结点发送数据,通常不会穿过局域网的边界(路由器),除非它变成一个单播。广播将是一个二进制的全1或者十六进制全F的地址。而第3层广播用于在这个网络内向所

有的结点发送数据。第3层广播也支持平面的老式广播。广播信息是指以某个广播域所有主机为目的的信息。这些被称为网络广

播,它们所有的主机位均为ON。硬件组播(multicasting)是一种多点投递的形式,它使用硬件技术,通过使用大量组播地址来通信。当某一组机器需要通信时,选择一个组播地址,并配置好相应的网络接口硬件,识别组播地址,从而收到该组播地址上分组的拷贝。

广播(broadcasting)是多点投递的最普遍的形式,它向每一个目的站投递一个分组的拷贝。它可以通过多个单次分组的投递完成,也可以通过单独的连接传递分组的拷贝,直到每个接收方均收到一个拷贝为止。在多数网络中,用户是通过把分组分送给一个特殊保留的地址即广播地址(broadcast address)来进行广播投递,它的主要缺点是会耗费大量的主机资源和网络资源

单播(unicasting)是指只有一个目的地的数据报传递。从投递目的地的数量而言,单播和广播均可看作是组播的一个子集。单播可以看作仅包括一台机器群组的组播;广播可以看作包含了所有机器群组的组播。但从数据报的投递方式而言,单播、广播和组播还是有较大的区别。

要想正确理解广播风暴的具体含义,必须了解一下工作在网络中的网络设备的工作原理。工作在网络中的网络设备,基本上都是交换机了。

广播风暴的产生有多种原因,如蠕虫病毒交换机端口故障网卡故障、链路冗余没有启用生成树协议、网线线序错误或受到干扰等。从目前来看,蠕虫病毒和ARP攻击是造成网络广播风暴最主要的原因。虽说如今网络广播风暴已经很少见了,但在一些使用集线器的网络中仍然非常常见。解决网络广播风暴最快捷的方法是给集线器断电然后上电启动即可,但这只是治标不治本的方法,要彻底解决,最好使用交换机设备,并划分VLAN、通过端口控制网络广播风暴。否则,如果广播风暴是由于网卡损坏所致,要从上百台计算机找出故障计算机简直就是大海捞针,那将是网管员的一场噩梦。 下面就几个引发广播风暴的原因及其对策进行阐述。

基本定义

ARP(Address Resolution Protocol,地址解析协议)是一个位于TCP/IP协议栈中的底层协议,对应于数据链路层,负责将某个IP地址解析成对应的MAC地址

基本功能

ARP协议的基本功能就是通过目标设备的IP地址,查询目标设备的MAC地址,以保证通信的进行。

攻击原理

ARP攻击就是通过伪造IP地址和MAC地址实现ARP欺骗,能够在网络中产生大量的ARP通信量使网络阻塞,攻击者只要持续不断的发出伪造的ARP响应包就能更改目标主机ARP缓存中的IP-MAC条目,造成网络中断或中间人攻击

ARP攻击主要是存在于局域网网络中,局域网中若有一台计算机感染ARP木马,则感染该ARP木马的系统将会试图通过"ARP欺骗"手段截获所在网络内其它计算机的通信信息,并因此造成网内其它计算机的通信故障。

某机器A要向主机B发送报文,会查询本地的ARP缓存表,找到B的IP地址对应的MAC地址后,就会进行数据传输。如果未找到,则A广播一个ARP请求报文(携带主机A的IP地址Ia--物理地址Pa),请求IP地址为Ib的主机B回答物理地址Pb。网上所有主机包括B都收到ARP请求,但只有主机B识别自己的IP地址,于是向A主机发回一个ARP响应报文。其中就包含有B的MAC地址,A接收到B的应答后,就会更新本地的ARP缓存。接着使用这个MAC地址发送数据(由网卡附加MAC地址)。因此,本地高速缓存的这个ARP表是本地网络流通的基础,而且这个缓存是动态的。

帧的传输方式,即单播帧(Unicast Frame)、多播帧(Multicast Frame)和广播帧(Broadcast Frame)。

1、单播

单播帧也称"点对点"通信。此时帧的接收和传递只在两个节点之间进行,帧的目的MAC地址就是对方的MAC地址,网络设备(指交换机路由器)根据帧中的目的MAC地址,将帧转发出去。

2、多播

多播帧可以理解为一个人向多个人(但不是在场的所有人)说话,这样能够提高通话的效率。多播占网络中的比重并不多,主要应用于网络设备内部通信、网上视频会议、网上视频点播等。

3、广播帧

广播帧可以理解为一个人对在场的所有人说话,这样做的好处是通话效率高,信息一下子就可以传递到全体。在广播帧中,帧头中的目的MAC地址是"FF.FF.FF.FF.FF.FF",代表网络上所有主机网卡的MAC地址。

广播帧在网络中是必不可少的,如客户机通过DHCP自动获得IP地址的过程就是通过广播帧来实现的。而且,由于设备之间也需要相互通信,因此在网络中即使没有用户人为地发送广播帧,网络上也会出现一定数量的广播帧。

单播多播相比,广播几乎占用了子网内网络的所有带宽。网络中不能长时间出现大量的广播帧,否则就会出现所谓的"广播风暴"(每秒的广播帧数在1000以上)。拿开会打一个比方,在会场上只能有一个人发言,如果所有人都同时发言的话,会场上就会乱成一锅粥。广播风暴就是网络长时间被大量的广播数据包所占用,使正常的点对点通信无法正常进行,其外在表现为网络速度奇慢无比。出现广播风暴的原因有很多,一块故障网卡就可能长时间地在网络上发送广播包而导致广播风暴。

使用路由器三层交换机能够实现在不同子网间隔离广播风暴的作用。当路由器三层交换机收到广播帧时并不处理它,使它无法再传递到其他子网中,从而达到隔离广播风暴的目的。因此在由几百台甚至上千台电脑构成的大中型局域网中,为了隔离广播风暴,都要进行子网划分

使用vlan完全可以隔离广播风暴。

作为网络管理员,在面对网络广播风暴发生时,要冷静分析广播风暴产生的原因,可使用二分法、排除法、替换法和网线插拔法等多种方法综合运用,一步一步地进行故障排除,快速定位引发广播风暴的故障点,查出引发广播风暴的原因,及时采取相应措施来消灭广播风暴。 总的来看,要解决广播风暴的问题,可以从以下几个方面入手:

一、在局域网中安装WSUS补丁服务器,保证局域网所有计算机都能及时打上最新的补丁。

二、最好在局域网内安装网络版的防毒服务器,如无条件,起码也得保证单机版的防毒软件的病毒库是经常更新的。

三、检查每一台计算机的网卡网线交换机的每一个端口,检查是否有

故障。 四、当广播风暴发生时,观察交换机的指示灯不啻为很好的方法,可直接观察网络连通性及网络流量

要避免广播风暴,可以采用恰当划分VLAN、缩小广播域、隔离广播风暴,还可在千兆以太网口上启用广播风暴控制,最大限度地避免网络再次陷入瘫痪。当端口接受到大量的广播、单播组播的包时,就会发生广播风暴。转发这些包会导致网络速度变慢或超时,在交换机上借助对端口的广播风暴控制可以有效避免硬件损坏或链路故障导致的广播风暴的网络瘫痪。

从实际经验来看,90%以上的网络广播风暴是病毒所致,因此,在局域网中配备防病毒系统,购置IDS入侵检测系统、网络流量检测工具等,以加强网络病毒的防治,加强对网络线路运行状态的监控,及时发现和处理网络上的异常流量和病毒攻击等问题,并制定计算机安全管理制度,确保网络线路的正常运行。

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