[IT 엔지니어를 위한 네트워크 입문] 4장 스위치 - 2계층 장비

📌 스위치란?

스위치는 2계층 주소인 MAC 주소를 기반으로 동작하며, 네트워크 중간에서 패킷을 받아 필요한 곳에만 전달하는 네트워크의 중재자 역할을 합니다.

✅ 기본 동작

• 별다른 설정 없이 네트워크에 연결해도 MAC 주소 기반 패킷 전달 가능
• 네트워크를 논리적으로 분리하는 VLAN 기능
• 네트워크 루프 방지 기능인 STP(Spanning Tree Protocol)

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🏗️ 스위치 동작 방식

스위치는 MAC 주소 테이블을 사용하여 통신합니다.
MAC 주소 테이블에는 단말의 MAC 주소와 해당 단말이 연결된 포트 정보가 저장됩니다.

📋 MAC 주소 테이블 예시

MAC 주소	포트
1111:2222:3333	Eth1

스위치는 패킷의 헤더에서 목적지 MAC 주소를 확인한 후, MAC 주소 테이블에서 해당 포트를 찾아 패킷을 전달합니다.

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🔄 스위치의 3가지 동작 방식

1️⃣ 플러딩 (Flooding)

🚀 MAC 주소를 모를 때, 모든 포트로 패킷을 전송

• 스위치가 부팅되면 MAC 주소 테이블이 비어 있음
• 패킷이 들어오면 목적지 MAC 주소를 확인하지만, 정보가 없으면 모든 포트에 같은 패킷을 전송

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2️⃣ 어드레스 러닝 (Address Learning)

📝 MAC 주소 테이블을 생성하고 유지하는 과정

• 패킷의 출발지 MAC 주소와 포트 정보를 기록
• 이를 통해 같은 네트워크에서 반복되는 플러딩을 방지

✅ 하지만!

• 브로드캐스트나 멀티캐스트 주소는 학습할 수 없음

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3️⃣ 포워딩 / 필터링 (Forwarding / Filtering)

🔍 MAC 주소 테이블을 활용한 효율적인 패킷 전달

• 스위치는 도착지 MAC 주소를 MAC 테이블과 비교하여 일치하는 포트로만 패킷을 포워딩
• 동시에 다른 포트로는 전달하지 않음(필터링)

📢 즉!

• 유니캐스트 트래픽은 포워딩/필터링
• 브로드캐스트(Broadcast) 및 멀티캐스트(Multicast) 트래픽은 플러딩

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🌎 VLAN (Virtual LAN)

VLAN은 물리적 배치와 관계없이 네트워크를 논리적으로 분리하는 기술입니다.

📌 VLAN을 사용하는 이유

• 브로드캐스트 트래픽 감소 → 성능 향상
• 보안 강화 → 특정 네트워크만 접근 가능
• 관리 용이 → 서비스별로 논리적 그룹화 가능

🛠️ VLAN 할당 방식

방식	기준	특징
포트 기반 VLAN	스위치의 포트	특정 포트에 연결된 단말기는 동일 VLAN에 속함
MAC 기반 VLAN	단말기의 MAC 주소	어느 포트에 접속해도 동일 VLAN에 속함

📢 VLAN 간 통신을 하려면?
→ 3계층 장비(라우터 또는 L3 스위치)가 필요!

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🔄 STP (Spanning Tree Protocol)

STP는 네트워크 루프를 방지하는 프로토콜입니다.

📌 네트워크 루프란?
스위치가 MAC 주소 테이블을 갱신하는 과정에서 무한히 패킷이 전송되는 현상
→ 네트워크 장애 발생 🚨

📌 STP 동작 원리
1️⃣ 스위치 간 정보를 교환하여 네트워크의 트리를 생성
2️⃣ 루프가 감지되면 특정 포트를 차단(blocking)
3️⃣ 네트워크 변경이 감지되면 차단된 포트를 활성화

📢 BPDU(Bridge Protocol Data Unit) 패킷을 통해 스위치 간 정보 교환

✅ STP의 핵심 역할

• 루프 발생 시 자동으로 차단
• 네트워크 변경 감지 시 자동으로 복구

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🔥 정리

개념	설명
MAC 주소 테이블	MAC 주소와 포트를 매핑하여 패킷 전달
플러딩	MAC 주소를 모를 때 모든 포트로 패킷 전송
어드레스 러닝	MAC 주소 테이블을 생성하여 네트워크 효율화
포워딩/필터링	목적지 MAC을 확인 후 패킷을 전송(포워딩) 또는 차단(필터링)
VLAN	물리적 배치와 무관하게 논리적으로 네트워크 분리
STP	네트워크 루프를 방지하여 안정적인 네트워크 유지