네트워크 스위치

안녕하세요 미씨오입니다.

스위치에 대한 간단한 내용 공유드립니다.

 

스위치는 브리지처럼 데이터링크층에서 작동하는 장치로써 브리지와 비슷한 역할을 하지만 브리지보다 훨씬 빠르게 작동한다.

 

노드가 연결된 포트를 기반으로 해서 동작하는데 라우터처럼 내부에 스위치 테이블이라는 캐시메모리에 저장해서 사용한다. 이런 저장 공간을 CAM이라고 부른다.

 

전원이 꺼지면 모든 테이블 정보가 사라지고 재부팅 때 다시 생성된다. 스위치는 한 포트에 한 노드만 연결되어 있을 때 미세분할 이라고 부르는데 포트에 장치가 적게연결되게 해서 대역폭을 높여 최대 효율을 보여 노드는 스위치에 할애된 대역폭을 제대로 사용할 수 있다.

 

스위치는 포트별로 충돌 도메인이 형성되므로 포트에 연결된 각 노드 사이에는 충돌이 없다. 하지만 포트별로 연결된 노드의 MAC주소를 학습할 때에는 브로드캐스트를 모든 포트로 뿌리므로 스위치도 단일 브로드캐스트 도메인에 속한다.

 

CATALYST 1900 시리즈

1. 초기에 많이 사용한 스위치이다.
2. 스위치 상태를 표시해 주는 세 가지 모드가 있다(STAT, UTL, FDUP)

스위치의 동작방법

1. Store-and-forward : 버퍼링에 저장했다가 전송한다 지연이 좀 큰편이라서 10MB와 100MB 사이의 스위칭 시 사용되는 기법인데 프레임에 필터링을 걸 수 있는 장점이 있다.
2. Cut-through : 스위칭 방식은 어느 프레임을 받기 시작하면 프레임 헤더에서 목적지 주소만 보고 즉시 전송하므로 지연이 거의 없지만 불량 프레임도 포워 할 위험이 있다는 점과 필터링을 걸 수 없다.
3. Fragment free or modified cut-through
4. Hybrid : 평소에는 cut-through방식을 사용하다 에러 한계치를 넘으면 자동으로 store-and-forward 방식으로 전화했다가 다른 한계치에 닿으면 다시 cut-through방식으로 돌아가는 기법

Layer 3 switching(L3 Forwarding)

L3 스위치는 L2 스위칭과 L3 라우팅 능력을 가지고 있어서, 외부는 라우터로 라우팅하고 내부는 L3 스위치로 스위칭을 수행해서 한 번에 두 가지 장비의 효과를 낸다.

L3 스위치는 라우팅 프로토콜을 실행해서 라우팅 테이블을 만들고 목적지 IP를 기반으로 해서 포워딩 여부를 결정한다.

 

스위치는 데이터링크층에서 작동하므로 각 포트는 IP 주소 없이 MAC주소만 있으면 통신할 수 있다.

 

Layer 1

허브(network hub) 혹은 리피터(repeater) 라고 부르는 간단한 네트워크 장비다. 이들 장비는 패킷을 관리하지 않는다. 단순히 수신한 패킷을 복사해서, 다른 모든 포트로 보내는 일을 한다. 패킷이 반복돼서 복제되는데 이로 인해 패킷의 충돌이 증가한다. 이는 네트워크 스위치의 성능을 제한하는 주요 원인이 된다.

일반적으로 자주 사용하는 타입은 아니지만 "포트 미러링"과 같은 몇 몇 응용에 유용하게 사용할 수 있다.

 

Layer 2

데이터 링크(Data link)계층에서 작동하는 네트워크 브릿지다. 가정 이나 소규모 사무실에서 적은 수의 디바이스를 연결하기 위해서 사용한다. 이 네트워크 장비는 각각의 연결된 디바이스의 MAC 주소를 저장하고, 이 (MAC)정보를 이용해서 포트를 스위칭한다. 구성이 단순해서 많은 기능을 제공하지는 않지만, 단순한 만큼 매우 높은 성능을 보여주기 때문에, SAN(Storage area network)등의 특수한 목적에 주로 사용한다.

일반적으로 브릿지들은 spanning tree protocol을 이용해서, 로컬 네트워크에서의 루프를 제거한다.

L1, L2 네트워크 장비들은 "브릿지 방식"으로 작동한다. 즉 연결하려는 두 네트워크의 대역이 동일하다.

 

Layer 3

Layer 3의 네트워크 장비들은 Layer 2의 기능에 더해서, 통상적인 라우터들이 수행하는 기능의 일부 혹은 전부를 수행할 수 있다. Layer 3의 장비들은 IGMP를 이용해서 IP 멀티 캐스트 기능을 지원한다. 멀티 캐스트 기능을 이용하면, 네트워크 종단에서 패킷을 받기 원하는 디바이스에게 패킷을 복사할 수 있기 때문에, 트래픽 효율성을 높일 수 있다.

"라우터"라고 하면 L3 장비를 의미한다.

 

Layer 4

Layer 4장비는 Layer 4 스위치라고 부른다. 여기에서 부터는 기능이 벤더 종속적으로 된다. 네트워크 주소 변환을 위한 기능과 함께, TCP 세션 기반의 부하분산등의 추가적인 기능들을 가진다.

기업에서 가장 널리 사용하는 네트워크 장비다.

 

Layer 7

애플리케이션 레벨에서 트래픽을 처리할 수 있다. HTTP의 URL, HTTP Cookie, FTP 파일이름 등을 이용한 정교한 로드밸런싱이 가능하다. 근본적으로 L4와 L7 장비는 큰 차이가 없다. 얼마나 패킷을 지능적으로 분류할 수 있는지에 대한 능력에의 차이가 있는데, 크게 중요하게 생각하지는 않는 분위기다. L7 장비는 마케팅 차원에서 만들어낸 분류라고 말하는 사람들도 있다.