컴퓨터 네트워크) 회선의 이중화

회선의 이중화

L2 구간의 단일 경로의 문제점을 해결하기 위해 회선을 이중화하여 구성한다. 하나의 회선에 문제가 생기더라도 다른 회선으로 통신을 보장한다.

문제점

• Broadcast Storm
  : L2 스위치는 boradcast와 multicast 트래픽을 모두 boradcast로 간주한다. broadcast는 수신한 포트를 제외한 모든 포트로 flooding을 한다. 이러한 상황이 계속되는 것을 boradcast storm이라고 말한다.
  : 스위치 중 하나의 연결이 끊어질 때 까지 계속되기 때문에 네트워크가 다운되거나 느려지는 현상 발생

해결방법

• STP (Spanning-Tree Protocol)
  : 스위치들 간의 BPDU 메시지를 교환해서 STA(Spanning Tree Algorithm)을 이용해서 특정 포트를 논리적으로 동작하지 못하게 blocking을 실시한다.
  : STP가 동작하는 스위치 포트는 data frame은 주고 받을 수 없지만, BPDU는 주고받을 수 있다.
  
• BPDU (Bridge Protocol Data Unit)
  : STP를 지원하는 스위치들 사이에서 교환되는 메시지이다. BPDU 메시지를 교환해서 네트워크 모니터링 및 loop 상태를 점검한다.

1) Configuration BPDU
: 스위치 및 스위치 포트의 역할을 결정하기 위해 사용
2) TCN (Topology Change Notification) BPDU
: 스위치 기반의 네트워크 토폴로지에 변화가 감지됐을 경우 이를 알리기 위해 사용

STP의 Root Bridge

STP를 수행할 때 기준이 되는 브리지(스위치)

1. 이중화 구조를 가지는 스위치로 구성된 LAN 환경 구성 위해 STP 사용
2. STP를 적용하기 위해서 BPDU 프레임 주고받고 Root Bridge 선출
3. Root Bridge 결정하기 위해서 Bridge ID를 사용

❓ BridgeID = 2바이트 우선순위 + 6바이트 MAC 주소
		    = (4비트 브리지 우선순위 + 12비트 VLAN ID) + 6바이트 MAC 주소
   -> 4비트 브리지 우선순위
  	: 0~61440의 값 중 4096만큼 증가한 값들 (0, 4096, 12288 ... )
    : 기본값은 32768
    : 우선순위 값이 동일할 경우 가장 작은 MAC 주소 가진 스위치가 우선순위

#show spanning-tree

STP가 동작하는 스위치 포트의 역할

1. 루트 포트 (Root Port)
   : 루트 브리지와 가장 가까운 스위치 포트. 정상적으로 frame 수신 가능

2. 지정 포트 (Designated Port)
   : 루트 포트가 아니며 정상적으로 frame 수신 가능
   : Root Bridge의 모든 포트는 지정 포트이다.

3. 비지정 포트 (Non designated Port) = 대체 포트 (Alternative Port)
   : frame은 주고받지 않지만 BPDU는 주고 받는 포트

STP 포트 전환 및 단점

1. 차단 (blocking)

• frame 송수신하지 않고 BPDU만 수신
• (필요에 따라) 청취 -> 학습 -> 전송상태로 전송 가능
• 20초 후 청취 상태로 변경

2. 청취 (Listening)

• 스위치 켜지면 청취 상태로 시작
• 15초 후 학습 상태로 변경됨

3. 학습

• MAC 주소 기반으로 MAC 테이블 구성
• 15초 후 전송 상태로 변경

4. 전송 (Forwarding)

• frame 전송 가능상태
• root port, designated port 상태

=> STP Conversions Time (상태를 변경하는데 걸리는 시간)이 STP의 단점

해결법

RSTP

RSTP를 적용하더라도 스위치가 아닌 장치 연결에는 portfast를 구성해야 바로 전송 상태가 된다.