[Network] 스위치

스위치

MAC 주소 테이블을 기반으로 네트워크 장치 간 데이터를 효율적으로 전달하는 데이터 링크 계층의 네트워크 장비

• 2계층에서 사용한다하여 L2 스위치(L2 switch)라고도 부름

 

스위치의 특징

MAC 주소 학습: 스위치는 특정 포트와 해당 포트에 연결된 호스트의 MAC 주소를 학습하여 MAC 주소 테이블에 저장

• 이를 통해 프레임을 원하는 호스트에만 전달할 수 있음
• MAC 주소 테이블: 스위치의 포트와 호스트의 MAC 주소 연관 관계를 나타내는 정보

프레임의 목적지 지정 전송: 스위치는 허브와 달리 프레임을 네트워크의 모든 장치에 브로드캐스트하지 않고, 특정 MAC 주소를 가진 호스트에만 프레임을 전달

전이중 모드 (Full Duplex) 사용: 스위치는 전이중 모드(full duplex) 통신을 지원하여 동시에 송수신이 가능

• 이로 인해 대역폭이 증가하고 통신 효율성이 높아짐
• 충돌 감지 프로토콜인 CSMA/CD가 필요하지 않음, 따라서 대기 시간 없이 데이터 전송이 가능해 허브보다 높은 성능을 제공

 

MAC 주소 학습

호스트가 스위치에 프레임을 송신하면, 프레임 내 “송신지 MAC 주소”을 통해 호스트의 MAC 주소와 연결된 포트를 MAC 주소 테이블에 저장

• MAC 주소 테이블은 플러딩, 포워딩, 필터링, 에이징에 의해 학습되고 관리됨

 

플러딩

플러딩(flooding): 송신지 포트를 제외한 모든 포트로 프레임을 전송

• 어떤 포트에 어떤 MAC 주소를 가진 호스트가 연결되어 있는지 학습하지 않은 초기 통신을 할 때 주로 발생
• 스위치는 프레임을 모든 포트로 브로드캐스트하여 전송
• 자신과 관련이 없는 프레임을 받은 호스트는 이를 폐기
• 자신이 받아야 하는 프레임을 받은 호스트는 스위치에 응답 프레임을 전송하고, 스위치는 응답 프레임의 “송신지 MAC 주소”를 통해 MAC 주소와 연결된 포트를 MAC 주소 테이블에 저장

 

필터링, 포워딩, 에이징 

필터링(filtering): 전달받은 프레임을 어디로 보낼지 결정하는 기능

• 필터링을 적용해 불필요한 패킷 전송을 방지
• 네트워크의 부하를 줄이고 대역폭을 효율적으로 사용할 수 있음

포워딩(forwarding): 프레임을 전송될 포트에 실제로 프레임을 보내는 것

에이징(aging): MAC 주소 테이블에 등록된 특정 포트에서 일정 시간 동안 프레임을 전송받지 못할 경우 해당 항목을 삭제

 

 

VLAN

한 대의 스위치로 여러 개의 가상 LAN을 만드는 방법, Virtual LAN의 줄임말

• VLAN을 구성하면 하나의 물리적 스위치에서 여러 대의 스위치가 있는 것처럼 LAN을 구성할 수 있음
• 한 VLAN의 호스트가 브로드캐스트 하는 경우 다른 VLAN에 속한 호스트에게까지는 전달되지 않음, 서로 다른 네트워크로 간주
• VLAN1에 속한 호스트와 VLAN2에 속한 호스트가 통신하고자 한다면 네트워크 계층 이상의 상위 계층의 장비가 필요

 

VLAN을 사용하는 이유

• 네트워크(LAN)에 연결된 장치들이 많아질수록 브로드캐스트 트래픽이 전체 네트워크에 부담을 줌
• 스위치에 연결된 호스트들 중에서도 서로 통신할 일이 거의 없거나, 네트워크 전체에 전송되는 브로드캐스트 메시지를 받을 필요가 없는 경우 네트워크(LAN) 그룹을 분리하기 위해 사용

 

포트 기반 VLAN

VLAN을 구성하는 대중적인 방법으로 스위치의 포트가 VLAN을 결정하는 방식

• 특정 포트에 VLAN을 할당하고, 해당 포트를 호스트에 연결해서 VLAN에 포함시킴

 

VLAN 트렁킹(VLAN Trunking): 두 대 이상의 VLAN 스위치를 연결하여 확장하는 방법

• 한 대의 스위치만으로 포트 수가 부족할 때 사용하는 방식
• 트렁크 포트를 통해 스위치 간에 통신
• 같은 스위치에 연결되어 있지 않아도 같은 LAN에 속하게 네트워크를 구성할 수 있음

 

 

802.1Q 프레임: 어떤 VLAN에 속하는지 식별하는 정보를 포함하는 이더넷 프레임

• 트렁크 포트로 전달 받은 프레임을 어떤 VLAN에 속하는지 파악하기 위해 사용
• 이더넷 프레임에 VLAN 태그가 추가됨
• VLAN 태그를 통해 프레임이 어떤 VLAN에 속한 프레임인지 식별

 

MAC 기반 VLAN

송수신하는 프레임의 MAC 주소가 호스트에 속할 VLAN을 결정하는 방식

• 어떤 포트로 연결되든 영향을 받지 않음

 

 

 

참고:

혼자 공부하는 네트워크 - 예스24

https://www.computernetworkingnotes.com/ccna-study-guide/trunk-tagging-and-frame-tagging-explained.html

https://www.computernetworkingnotes.com/ccna-study-guide/trunk-tagging-and-frame-tagging-explained.html