넓은 의미와 좁은 의미

스위치는 두가지 의미를 갖는다.

우선 넓은 의미의 스위치의 정의는 다수의 입력라인과 출력라인이 있으며 임의의 입력라인으로 들어오는 데이터를 임의의 출력라인으로 mapping 시킬 수 있는 장비이다.

이런 정의에 입각해서 볼 때, 우리 주변에는 다양한 switching 장비가 있다.

• 3계층의 관점에서 router는 임의의 입력 라인으로 들어오는 datagram을 임의의 출력 라인으로 보내는 switching 장비이다.

• 전화망의 교환기 또한 발신자의 신호를 수신자에게 전달해주는 switching 장비이다.

  한편, 일반적인 스위치라는 단어는 2계층의 장비인 좁은 의미의 스위치를 말한다.

  원래 이 장비는 1계층의 장비로서, 허브(Hub)라는 이름으로 불렸다. 허브(Hub)는 하나의 입력 라인으로 들어오는 데이터를 모든 라인으로 출했다. 이후, 기술이 발전하면서, 허브 2계층의 헤더속에 들어있는 MAC 주소를 통해서 임의의 ‘한'출력라인으로 데이터를 내보낼 수 있게 되었고, 제일 처음 언급한 Switch의 정의를 만족하게 되었다. 사람들은 두 허브를 구분하기 위해 최초의 허브를 ‘더미-허브’라 부르고, 새로운 허브를 스위치 허브(Switched-hub)라고 불렀다. 시간이 지나면서 Switch(ed-hub)의 뒷 부분을 생략하여 스위치(Switch)라고 부르면서 지금의 스위치(Switch)라는 명칭이 생겨났다.

이후 VLAN등 다양한 기술이 등장하고 스위치 허브의 역할이 확장 되면서, 3계층의 정보인 IP주소를 통해서 switching을 하는 스위치도 등장하였고, 지금은 이런 스위치를 L2 스위치, L3스위치라고 부르면서 구분한다.

<서울시립대학교 강상혁 교수님 강의 中>

L2 스위치(브릿지)

L2 스위치가 어떻게 동작하는 지 자세히 알아보자.

스위치 테이블(Switch table, MAC table)

L2 스위치는 임의의 포트로 들어오는 데이터(Frame) 확인하여 임의의 포트로 보낸다. 프레임(Frame)의 헤더에는 출발지와 목적지의 MAC 주소가 들어있고, 스위치는 아래와 같이 자체적인 스위치 테이블(MAC table이라고도 불림)을 가지고 있다.

러닝(Learning)

스위치로 들어오는 데이터(프레임)에는 출발지의 MAC주소와 도착지의 MAC주소가 담겨있다. 스위치는 우선, 출발지의 MAC 주소와 출발지의 Port에 대한 정보를 스위치 테이블에 저장하며, 이를 어드레스 러닝(Address Learning)이라고 부른다.

포워딩(Forwarding)과 필터링(Filtering)

스위치로 들어오는 데이터(프레임)의 목적지 MAC 주소가 스위치 테이블속에 존재하면 MAC 주소에 해당하는 PORT로 데이터(프레임)을 전달하는데, 이 과정을 포워딩이라고 부르고, 다른 포트로 데이터(프레임)이 전달되지 못 하도록 막는 작업을 필터링이라고 부른다.

플러딩(Flooding)

하지만, 스위치 테이블 속에 목적지 MAC 주소가 존재하지 않는 경우가 있는데, 이럴 때 스위치는 자신과 연결된 모든 장비로 데이터(프레임)을 전달한다. 이를 플러딩(Flooding)이라고 부른다.

에이징(Aging)

스위치 테이블은 일정시간(300초 이내) 동안 맥주소를 저장한다. 300초 동안 요청이 들어오지 않는 MAC주소는 스위치 테이블에서 지워지는데, 이를 에이징(Aging)이라고 한다. 에이징 시간은 조절할 수 있다.

L3 스위치

3계층에 존재하는 스위치를 L3 스위치라고 부른다. L3 스위치는 L2의 스위칭 기능과 L3의 라우터 기능을 모두 갖춘 장비로 일반적인 라우터의 기능과 스위치의 기능이 합쳐져 있다. 대부분 고성능 하드웨어를 기초로 하며, 기본 구성은 L2와 동일하다.

L3 스위치와 라우터

L3 스위치는 3계층에서 동작하기 때문에 많은 사람들이 라우터(Router)와 L3 스우치의 차이에 대해서 궁금해하는데, 여기서 장비들의 발전사를 이해할 필요가 있다.

초기 라우터는 CPU에서 SW적으로 라우팅 기능(IP에 해당하는 MAC주소를 알아내는 방법)을 수행하였다. 이를 고속으로 수행하기 위해서는 매우 높은 성능의 CPU가 필요했고, 가격도 비쌌다.

이런 상황에서 기술이 발전하면서, IP 주소를 이용해 패킷을 포워딩하는 작업만 전문으로하는 HW칩이 개발되었고 이 칩에 L2 스위치에 포함되면서 L3 스위치가 등장하였다. 이 L3 스위치는 점차 발전하면서 많은 Dynamic Routing 프로토콜을 수용하였고, 기존에 라우터가 수행했던 대부분의 역할을 수행하는 장비로 발전하였다.

현재는 다음과 같은 특징들을 기준으로 라우터와 3 스위치를 구분한다.

표는 [https://ipwithease.com/difference-between-router-and-layer-3-switch/](https://ipwithease.com/difference-between-router-and-layer-3-switch/) 를 그대로 번역하였다.

ATTRIBUTE	LAYER 3 SWITCH	ROUTER
범위	LAN 범위의 데이터 센터, 사내망	WAN 범위의 데이터 센터, 사내망
주요기능	LAN에 속하는 다른 서브넷, VLANS 등으로 라우팅한다.	WAN으로 연결된 다른 네트워크로 라우팅(라우터끼리 통신하는 라우터로)한다.
MPLS, VPN 서비스	Does not support MPLS and VPN services	PPP등과 같은 MPLS , VPN 서비스를 지원한다
Edge Technoloies Support	지원하지 않는다.	NAT, firewalling, tunneling, IPSec
Routing Table 크기	라우터에 비해 라우팅 테이블이 작다.	다양한 라우팅 정보를 저장할 수 있는 상당히 큰 테이블을 갖는다.
Forwarding	포워딩 기능이 ASIC 칩으로 구현되어 있다.	소프트웨어적으로 구현되어있다.
Routers 예시	Cisco 3650, 3560 and 6500 Series are examples of Layer 3 Switches	Cisco 3900 , 4000 Series ISR Routers
Interface 지원	일반적으로 Ethernet ports (Copper and Fiber)를 지원한다.(단, SONET, OC-N, T-1/T-3 등은 지원하지 않는다.)	Ethernet ports (Copper and Fiber)를 지원하며, SONET, OC-N, T-1/T-3 또한 지원한다.
처리량 (Throughout)	매우 높은 처리량	Layer 3 Switche에 비해 낮은 처리량
Switching 용량	매우 높은 스위칭 용량	Layer 3 Switche에 비해 낮은 스위칭 용량
비용	값이 싸다	값이 비싸다
Port Density(물리적 소켓 수)	많다	적다

reference

• https://www.geeksforgeeks.org/difference-between-router-and-layer-3-switch/
• https://ipwithease.com/difference-between-router-and-layer-3-switch/
• http://wiki.hash.kr/index.php/L3_스위치
• http://wiki.hash.kr/index.php/L2_스위치
• https://blog.naver.com/nackji80/220228728915