Switch

https://startingpitcher.tistory.com/8

L2 스위치는 MAC 정보(MAC Table)를 보고 스위칭(일반적인 스위치의 기능)
L3 스위치는 IP 정보(Routing Table)를 보고 스위칭(라우팅 기능이 추가됨)
L4 스위치는 IP+Port(Session or Connection)를 보고 스위칭(로드밸런싱을 위해 사용됨)

L2

• 패킷의 MAC 주소를 읽어 스위칭을 하고, MAC이 OSI계층 중 2계층에 해당하기 때문에 Layer2 스위치라고 한다
• 기본적인 동작은 브릿지나 스위칭 허브는 모든 자료를 보내는 곳으로 수신 번지를 전송한다(브로드캐스트)
• 브릿지는 어떤 포트에서 받은 데이터를 다른 모든 포트로 전송하나 L2 스위치 허브에서는 여러개의 포트 중 특정 포트로만 전송한다

동작원리

다른 스위치처럼 프로세서,메모리,펌웨어(운영체제)가 담겨 있는 Flash ROM으로 이루어져 있다

부팅이 되면 L2스위치는 각 포트별로 연결되어 있는 노드의 상태를 확인한다

각 노드의 MAC주소를 알아내서 이것을 메모리에 적재하게 되고, 패킷이 전달될 때 이 정보를 바탕으로 스위칭하게 된다

스위칭의 운영 체제가 적재되거나 스위칭을 할 때 각 포트별 주소 정보가 저장된다 - 스위칭 허브 메모리

스위칭 허브를 선택할 때 스위칭 허브가 얼마만큼의 메모리와 어느 정도의 주소 테이블을 저장할 수 있는지를 확인한다

보통의 스위치는 메모리 용량 이상의 주소가 저장될 경우(연결 노드가 많은 경우) 스위칭 기능이 중지되고, 더미 허브와 같은 방식으로 독작한다.

Learning : MAC 정보를 배우는 과정

Flooding : MAC 정보가 없어 받은 포트를 제외하고 모든 포트로 다 보내는 경우

Filtering : 목적지로 향하는 포트가 수신 받은 포트와 동일한 경우 그 프레임 차단

Aging : 타이머를 설정하여 설정된 시간 동안 MAC 주소에 대한 활동이 없으면 삭제

L2 스위치 패킷 전달방법 : 출발지와 목적지의 MAC Address를 확인

L2 스위치는 패킷 전송 시, 출발지로부터 패킷을 전송 받아 MAC Address를 검사하여 목적지에 맞는 포트에 패킷을 전달한다

L2 스위치의 VLAN은 논리적으로 네트워크를 분할하여 패킷을 전송하기때문에 브로드캐스트 패킷 제어에 효율적이며, 보안적으로도 유용하여 많이 쓰이고 있다.

• VLAN

논리적으로 분할된 스위치 네트워크

물리적 위치가 아닌, 접속포트, MAC주소, 프로토콜 단위로 구성 가능

조직내에서 작업 그룹 구성시 용이

브로드캐스트 패킷 제어에 효율적

장점 : 구조가 간단하며, 신뢰성이 높다 / 가격이 저렴하고, 성능이 높다

단점 : Broadcast 패킷에 의해 성능 저하가 발생한다 - 라우팅이 불가능 / 상위 레이어 프로토콜을 이용한 스위칭이 불가능하다.

L3

L3 스위치로 포트간 패킷 스위칭을 위해 패킷의 IP나 IPX 주소를 읽어서 스위칭을 하며, 통신 경로를 한번만 설정한다

해당 프로토콜을 쓰는 패킷에 대해 스위칭이 가능하며, IP나 IPX 주소가 OSI 7 계층 중 3계층에 해당하기 때문에 Layer3스위치라 한다

L2 스위치에 라우팅(Routing) 기능을 추가하고, 대부분의 고성능 하드웨어를 기초로 하였다 - 기본 구성은 L2와 동일

라우팅 : 패킷의 목적지 IP를 확인하여 해당 패킷을 최적의 경로로 목적지까지 전달하는 것을 말함. static과 dynamic이 있다

static routing : 관리자가 경로를 직접 입력

장점 : 라우팅 정보가 다른 곳으로 나가지 않기 때문에 보안성이 좋음

     다이나믹 라우팅의 오버헤드를 줄일 수 있다

     노트에서 보았을 때 갈 수 있는 길이 오직 하나밖에 없을 때 static 라우팅이 적합

단점 : 설정을 유지하기 어려움, 관리자가 수동적으로 라우트 설정, 변화에 적응하기 어려움, 확장성 낮음

dynamic routing : 라우팅 프로토콜에 의한 경로 결정

장점 : 다른 라우터들과의 통신에 의해 경로를 결정하기 때문에 적응성이 좋음

     라우터가 많을 시 관리가 용이

단점 : cpu소모율 높음, 대역폭 소비가 높음

동작원리

부팅시 각 포트로 연결된 노드의 상태를 확인하고, 노드의 주소를 테이블의 메모리에 적재하여 패킷이 전달될 때 이 정보를 바탕으로 스위칭을 한다

L3은 L2에 비해 고급 기능을 지원하므로 L2는 일부 고급 기종에서만 스위치에 IP주소를 할당하지만 L3은 기본적으로 스위치 자체에 IP주소를 할당한다.

각 포트별 IP주소 할당 내역등을 설정하여 스위칭 할 때 설정된 값을 이용한다 - 기본 설정 모드를 지원

장점 : Broadcast 트래픽으로 전체 성능 저하를 막을 수 있다 / 트래픽 체크, 가상 랜 등의 많은 부가 기능을 갖고 있다

단점 : 특정 프로토콜을 이용해야 스위칭을 할 수 있다 / 대부분의 트래픽이 서브텟의 한계를 넘는다

L3와 라우터의 차이 : L3는 확장성이 좋은 반면, 소프트웨어적인 기능이 적고, 라우팅 처리 기능이 우수하다. 또한 하드웨어적인 처리방식이다. 라우터는 소프트웨어 지원이 많고, 라우팅 처리 기능이 L3에 비해 떨어진다. 소프트웨어 처리방식이다

L4

L3과 같이 프로토콜을 기반으로 하며, 어플리케이션별로 우선순위를 두어 스위칭이 가능하다

여러대의 서버를 1대처럼 묶을 수 있는 부하 분한(Load Balancing) 기능을 제공한다 - 많은 양의 트래픽을 여러 서버로 분산 가능

각 제조 업체별로 설정 방법 및 제공 기능이 다르므로, 특별한 표준을 지정하기가 힘들다

동작원리

TCP/UDP 패킷 정보를 분석해서 해당 패킷이 사용하는 서비스 종류별로 처리(HTTP,FTP,SMTP...)

이 때 포트번호를 활용하여 구분하며, 포트번호를 활용하기에 L4계층으로 구분

장점 : 보안성이 높고 고급 스위칭 설정이 가능핟 - 상황에 적절한 설정 / 용량에 관계없이 네트워크의 성능 개선에 기여한다

단점 : 프로토콜에 ㅡ이존적이며, 설정이 복잡하다 / 고가의 장비로 L2,L3 스위치와 적절한 혼합 배치가 필요하다