데이터 링크 계층의 네트워크 장비: 스위치 개념 및 기능
1. 스위치란?
- 정의: 스위치는 데이터 링크 계층(2계층)의 대표적인 네트워크 장비로, MAC 주소를 기반으로 데이터를 특정 목적지로 전달합니다.
- 주요 특징:
- 콜리전 도메인 분리: 허브와 달리 각 포트가 독립된 콜리전 도메인으로 동작, 충돌 방지.
- 전이중(Full-Duplex) 통신: 송수신이 동시에 가능, 네트워크 효율 극대화.
- CSMA/CD 불필요: 충돌이 발생하지 않으므로 반이중 통신 방식(CSMA/CD)을 사용하지 않음.
2. 스위치의 주요 기능
2.1. MAC 주소 학습 기능
- 목적: 각 포트에 연결된 호스트의 MAC 주소를 학습하여, 데이터 프레임을 정확한 목적지 포트로 전달.
- 동작 원리:
- MAC 주소 테이블 생성:
- 스위치는 데이터 프레임의 송신지 MAC 주소를 읽어 MAC 주소와 포트를 매핑.
- 예: 1번 포트 → MAC 주소
AA:BB:CC:DD:EE:FF.
- 플러딩(Flooding):
- 특정 목적지 MAC 주소를 알지 못할 경우, 모든 포트로 프레임을 전송.
- 포워딩(Forwarding):
- 목적지 MAC 주소가 MAC 주소 테이블에 존재하면, 해당 포트로만 데이터를 전달.
- 필터링(Filtering):
- 목적지가 동일 LAN에 연결된 포트일 경우, 다른 포트로 데이터 전송을 차단.
- 에이징(Aging):
- 일정 시간 동안 송수신 데이터가 없는 MAC 주소 항목은 삭제.
- MAC 주소 테이블 생성:
2.2. VLAN (Virtual LAN)
- 정의: VLAN은 스위치에서 논리적으로 네트워크를 분리하여 트래픽을 구획하는 기술입니다.
- 장점:
- 트래픽 분배: 불필요한 트래픽 방지 및 네트워크 성능 향상.
- 보안 강화: 네트워크를 분리하여 민감한 데이터 보호.
- 유연성 제공: 물리적 위치와 상관없이 네트워크 구성 가능.
3. VLAN 종류
3.1. 포트 기반 VLAN
- 동작 원리:
- 스위치의 포트별로 VLAN을 할당.
- 특정 VLAN에 속한 호스트는 해당 VLAN의 포트에 연결되어야 함.
- 특징:
- 정적 VLAN: 포트가 고정된 VLAN에 속함.
- 설정 용이: 호스트를 물리적으로 포트에 연결하면 자동으로 VLAN 구성.
3.2. MAC 주소 기반 VLAN
- 동작 원리:
- 호스트의 MAC 주소를 기반으로 VLAN 할당.
- 프레임의 MAC 주소를 읽어 해당 호스트가 속한 VLAN을 식별.
- 특징:
- 동적 VLAN: MAC 주소로 VLAN이 결정.
- 물리적 포트 변경에 영향을 받지 않음.
4. 스위치와 관련된 개념
4.1. 브로드캐스트 도메인
- 정의: 브로드캐스트 메시지가 전파되는 네트워크 영역.
- 스위치 역할: VLAN을 통해 브로드캐스트 도메인을 분리하여 네트워크 효율성 향상.
4.2. 스위치 vs 브릿지
- 스위치: 현대 네트워크의 주요 장비로, 고성능 및 다양한 기능 제공.
- 브릿지: 과거 사용되던 장비로, 기본적인 MAC 주소 학습 및 포워딩 기능 제공.
- 차이점: 스위치는 성능이 더 뛰어나고 대규모 네트워크에 적합.
5. 스위치의 동작 과정 예시
- 프레임 전송 시나리오:
- 호스트 A(1번 포트) → 호스트 C(3번 포트) 데이터 전송.
- 송신지 MAC 주소(
AA:BB:CC:DD:EE:FF) 학습 → MAC 주소 테이블 업데이트. - 목적지 MAC 주소를 알 수 없을 경우, 모든 포트로 플러딩.
- 응답 프레임 도착 → 목적지 MAC 주소(
FF:EE:DD:CC:BB:AA) 학습.
- 테이블 업데이트:
- 스위치가 송신지/목적지 MAC 주소를 학습하여 이후 데이터 전송 최적화.
6. 실무 적용 및 요약
- MAC 주소 학습: 스위치의 기본 기능으로, 데이터 전송을 최적화하고 충돌을 방지.
- VLAN 활용: 네트워크를 논리적으로 구분하여 보안, 성능, 관리 효율성 향상.
- 콜리전 도메인 분리: 스위치는 포트별로 독립된 콜리전 도메인을 구성하여 충돌 문제를 제거.
스위치는 오늘날 네트워크의 필수 장비로, 현대 데이터 센터 및 네트워크 환경에서 광범위하게 사용됩니다.
다음 학습에서는 상위 계층(L3, L4)에서 사용되는 고급 스위치의 기능과 네트워크 설계에 대해 알아보겠습니다.
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