네트워크에 연결된 기계가 여러 대일 때는 서로 데이터를 주고 받기 위해 장치를 모두 선으로 연결해야합니다. 이때 네트워크에 연결된 장치가 많아질수록 모뎀, 허브 등의 장치는 효율이 떨어지는 문제가 발생합니다. 이러한 문제를 해결하고자 등장한 것이 바로 스위치(switch)입니다.

스위치

스위치는 데이터 링크 계층에서 동작하는 네트워크 장치입니다.

스위치 내부에는 MAC 주소 테이블이라는 데이터 베이스가 존재합니다. 이 데이터 베이스에는 스위치의 포트 번호와 포트에 연결된 장치의 MAC 주소가 저장됩니다. 스위치에 처음으로 전원 연결을 하게 되면 이 테이블은 빈 상태를 가집니다.

데이터 링크 층에서 만들어진 프레임이 전송되면 프레임에서 출발지 MAC 주소를 확인하고 테이블에 포트 번호와 함께 저장합니다.

처음 통신을 하면 데이터를 보낸 출발지의 MAC 주소만 테이블에 저장된 상태인데, 이때는 대조할 목적지의 MAC 주소를 모르는 상태이므로, 출발지를 제외한 연결된 모든 장치에 데이터를 보내는 플러딩(flooding)현상이 발생합니다.

출발한 데이터는 스위치에 도착해서 테이블에 저장된 포트 번호 + 연결된 장치의 MAC 주소를 목적지 MAC 주소와 비교합니다. 그리고 해당하는 목적지의 장치로만 데이터를 보내게 됩니다. 이런 방식으로 스위치는 데이터를 보낼 장치를 식별하게 됩니다. (MAC 주소 필터링)

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스위칭

스위칭은 필요할 때 마다 송신자와 수신자를 연결시켜 주는 행위를 말하며, 스위치가 스위칭을 수행합니다. 스위칭 방식에는 회선 교환, 메세지 교환, 패킷 교환 세 가지 방법이 있습니다.

회선 교환

회선 교환 방식은 두 장치 사이에 물리적인 선을 연결하여 통신을 수행하는 방식입니다. 회선이 연결된 동안에는 서로 연결된 두 장치만 통신이 가능하도록 유지(회선을 점유)가 됩니다.

처음 연결할 때 시간이 소요되나 연결되고 나서는 지연시간이 발생하지 않습니다. 회선 교환방식은 데이터 전송량이 많은 경유 사용하면 유용한 방식입니다.

메세지 교환

메세지 교환 방식은 전달할 메세지 전체를 인접 노드에 모두 전송합니다. 메세지를 수신한 노드는 그 다음 노드로 메세지를 전달하며 목적지 까지 메세지를 보내게 됩니다. (store and forward)

유휴 링크가 있다면 다른 메세지를 전달하는데 이용할 수 있습니다. 단점으로는 중간 노드들이 메세지를 저장할 수 있는 저장 공간이 있어야합니다. 그렇지 않다면 전송이 불가능합니다.

패킷 교환

패킷 교환은 메세지를 노드들이 저장할 수 있는 작은 크기로 자르는 방식입니다. 이때 메세지를 잘라낸 조각을 패킷이라고 합니다.

패킷 교환은 회선 교환식에선 효율이 낮은 작은 규모 메세지를 보내기 좋습니다. 또한 전송 속도를 조절할 수 있습니다. 또한 도중 연결이 끊어지면 회선 식은 선을 바꾸거나 재연결을 해야하지만 패킷 교환 방식은 다른 링크를 찾아서 전송하면 됩니다.

패킷 교환 방식은 다시 두 가지 방식으로 나눌 수 있습니다.

데이터 그램

데이터 그램 방식은 각 패킷들이 독립적으로 처리되어 목적지에 순서 상관없이 도착하는 방식입니다. 순서가 상관이 없다는 것은 연결 설정이 필요없이 보내면 된다는 것을 의미합니다.

패킷에는 패킷 순서에 대한 정보가 들어있어서 목적지에서 패킷을 분석하면서 메세지의 원래 순서를 맞출 수 있습니다.

대부분의 인터넷 프로토콜이 데이터 그램 방식을 사용하고 있습니다.

가상 회선

가상 회선 방식은 회선 연결 방식처럼 데이터를 보내기전에 연결 설정을 합니다. 연결이 되면 패킷을 보내는데, 이때 목적지에는 전송한 순서대로 패킷이 도착하게 됩니다.

SVC

SVC(가변 가상 회선, Switched Virtual Circuit)는 회션 교환 방식과 유사한 가상 회선 방식입니다. 가상 회선이 필요한 경우에만 회선을 연결합니다.

PVC

PVC(고정 가상 회선, Permanent Virtual Circuit) 가상 회선에 이미 연결 설정이 되어있는 방식입니다. 이 방식은 전용 회선처럼 이용해서 연결 설정을 따로하지 않아도 됩니다.