[책리뷰] 혼자 공부하는 네트워크 ch2.4 스위치

02-4 스위치

스위치(Switch)

• 데이터 링크 계층의 네트워크 장비로 2계층에서 사용한다 하여 L2스위치라고도 부름
• 허브와는 달리 MAC 주소를 학습해 특정 MAC 주소를 가진 호스트에만 프레임을 전달할 수 있고 전이중 모드의 통신을 지원

 

특징

• 특정 포트와 해당 포트에 연결된 호스트의 MAC 주소와의 관계를 기억하는데 이러한 기능을 MAC 주소 학습이라 부름
• 관계를 기억하기 위해 메모리에 표 형태로 기억하는데 이 정보를 MAC 주소 테이블(MAC address table)이라고 부름

 

MAC 주소 학습

• 특정 포트와 해당 포트에 연결된 호스트의 MAC 주소의 관계를 기억하는 기능으로, 포트에 연결된 호스트의 MAC 주소를 알 수 있음

MAC 주소 테이블

• 스위치 포트와 연결된 호스트의 MAC 주소 간의 연관 관계를 나타내는 정보

 

스위치의 세 가지 기능을 통해 MAC 주소 테이블을 채우고 원하는 수신지가 연결된 포트에만 프레임을 보낼 수 있음

1. 플러딩
2. 포워딩과 필터링
3. 에이징

아래 그림처럼 구성된 네트워크에서 호스트 A가 호스트로 C로 프레임을 전송하는 상황을 가정. 호스트 A, B, C, D는 각각 포트 1, 2, 3, 4번에 연결되어 있음

 

• 처음에 스위치는 호스트의 MAC 주소와 연결된 포트의 연관관계를 모르는 상태로 MAC 주소 테이블이 비어 있음
• 호스트 A가 1번 포트를 통해서 메세지를 전달했더라고, 2번 포트로 내보내야 하는지, 3번 포트로 내보내야 하는지, 4번 포트로 내보내야 하는지 알 수 없음

 

• 스위치의 MAC 주소 학습은 프레임 내 ‘송신지 MAC 주소’ 필드를 바탕으로 이루어짐
• 스위치가 호스트 A에서 프레임을 수신하면, 프레임 내 ‘송신지 MAC 주소’ 정보를 바탕으로 호스트 A의 MAC 주소와 연결된 포트를 MAC 주소 테이블에 저장
• 하지만 여전히 수신지 호스트 C가 어떤 포트와 연결되어있는지에 대한 정보는 없음

 

 

• 플러딩(Flooding): 허브처럼 모든 포트로 프레임 전송

• 호스트 B, C, D는 프레임을 수신 → 메세지의 수신지 MAC 주소 정보를 보고 호스트 B와 D는 프레임 폐기

 

• 호스트 C 응답 프레임의 송신지 MAC 주소 필드로 호스트 C의 MAC 주소를 학습, MAC 주소 테이블에 기록

 

• 호스트 A와 C가 프레임을 주고 받을 때는 다른 포트로 프레임을 내보낼 필요가 없음
• 스위치는 호스트 B, D가 연결된 포트로는 내보내지 않도록 필터링(Filtering)
• 호스트 C가 연결된 포트로 프레임을 포워딩(Forwarding)

에이징(aging)

• MAC 주소 테이블에 등록된 포트에서 일정 시간 동안 프레임을 받지 못하면 해당 항목은 삭제하는데 이를 에이징이라고 함

참고) 브리지 (Bridge)

• 스위치와 유사한 장비로 네트워크 영역을 구획하여 콜리전 도메인을 나누거나 네트워크를 확장하기 위해 사용
• 최근에는 스위치에 비해 사용빈도가 줄어드는 추세고 스위치가 브리지의 기능들을 포괄하며 프레임의 처리 성능 면에서도 우수

 

스위치의 VLAN 기능

• Virtual LAN의 줄임말로, 한대의 스위치로 가상의 LAN을 만드는 방법
• 불필요한 트래픽(허브, 스위치의 플러딩)으로 인한 성능 저하 방지

• 스위치에 연결된 호스트들 중에서도 서로 메시지를 주고받을 일이 적거나 브로드캐스트 케시지가 필요없는 경우, 굳이 같은 LAN에 속할 필요가 없음
• 이를 분리하고자 매번 새로운 스위치 장비를 구비하는 것은 낭비인데 이를 방지 하기위해 VLAN 기능을 활용할 수 있음
• 한대의 물리적 스위치를 여러 대의 스위치가 있는 것처럼 논리적인 단위로 LAN을 구획

• VLAN은 사실상 다른 LAN으로 브로드캐스트 도메인이 달라짐
• 위 예에서 개발부와 총무부가 통신하기 위해서는 네트워크 같의 통신을 위한 장치가 필요

 

VLAN의 종류

Port 기반 VLAN

• 스위치의 포트가 VLAN을 결정하는 방식
• 특정 포트에 VLAN을 할당한 뒤, 해당 포트에 호스트를 연결하여 VLAN에 참여
• 위 그림에서 호스트 A, B는 VLAN2를 할당한 포트에 연결되어 있어 같은 LAN에 속한 상태
• 호스트 C는 VLAN3에 속해있으므로 호스트 A, B와 다른 LAN에 속한 상태

 

MAC 기반 VLAN

• 사전에 설정된 MAC 주소에 따라 VLAN이 결정
• 송수신하는 프레임 속 MAC 주소가 호스트가 속할 VLAN을 결정하는 방식
• 호스트 A는 어떤 포트와 연결되더라도 VLAN3에 할당됨

 

References

• 혼자 공부하는 네트워크 Youtube 강의
• 책 "혼자 공부하는 네트워크"