Switching 개념
Switching in Networking
- Ingress :수신. frame이 장치에 들어가는 port
- Egress :송신. 장치를 떠날 때 frame이 사용할 port
- 헷갈려서 찾아봄
destination MAC주소 6byte / source MAC주소 6byte / type 2byte / data / FCS 뒤에서 4byte
LAN switch는 switch를 통해 traffic을 전달할 때 참조되는 table을 유지함.
Switch MAC Address Table
- MAC address: Media Access Control Address
스위치는 포트의 device의 관계를 learn하면서 MAC address Table을 만듬. 이 Table은 high-speed searching applications에 사용되는 특수 유형의 메모리 CAM(Content Addressable Memory)에 저장됨. MAC address Table을 CAM Table이라고도 함.
LAN 스위치는 MAC address Table을 유지 관리하여 들어오는 데이터 프레임을 처리하는 방법을 결정함. Switch는 각 port에 연결된 각 장치의 source MAC 주소를 기록하여 MAC address Table을 채움. Switch는 MAC address Table의 정보를 참조하여 해당 장치에 할당된 port에서 특정 장치로 향하는 frame을 보냄.
Switch Learn and Forward Method
switch에 들어가는 모든 ethernet frame에서 수행됨
- 1단계. learn - source MAC address 검사
스위치에 들어가는 모든 프레임은 learn할 새로운 정보를 확인함. 프레임의 source MAC address와 frame이 스위치에 들어간 port number를 검사하여 이를 수행함.- MAC address Table에 source MAC address가 존재하는 경우 스위치는 해당 entry에 대한 새로 고침 타이머를 업데이트함.
- 기본적으로 대부분의 ethernet 스위치는 5분동안 table에 entry을 보관함.
- soruce MAC address가 Table에 있지만 다른 port에 있는 경우 스위치는 이를 새 entry으로 취급함. entry은 동일한 MAC address를 사용하지만 더 최신 port number를 사용해 대체됨.
- 2단계. Forward(전달) - destination MAC address 검사
destination MAC address가 unicast(1:1) address일 경우, 스위치는 프레임의 destination MAC address와 MAC address Table의 entry 간에 일치하는 항목을 찾음.- destination MAC address가 Table에 있으면 지정된 port에서 프레임을 전달함.
- destination MAC address가 Table에 없으면(unknown unicast) 스위치는 들어오는 port를 제외한 모든 port로 frame을 전달함(flooding)
- destination MAC address가 broadcast 혹은 multicast인 경우 frame은 incomming(수신) port를 제외한 모든 port에서도 flooded out됨.
Swtiching Forwarding Methods
스위치는 ASIC(application-specific-integrated circuit)의 software로 인해 layer2(data link) 전달 결정을 매우 빠르게 내림.
-
Store-and-Forward Switching
전체 프레임을 수신한 후 프레임에 대한 전달 결정을 내리고 CRC(cyclic redundancy check 순환 중복 검사)를 사용해 frame에 오류가 있는지 검사함. FCS 검사를 통과하지 못한 프레임은 삭제해 잘못된 프레임은 전달하지 않음- Store 2. 에러 체크 3. MAC Table lookup 4. Forward
<Cut-through switching과 구별되는 주요 특성>
- Store 2. 에러 체크 3. MAC Table lookup 4. Forward
- Error checking
수신 포트에서 전체 프레임을 수신한 후 스위치는 데이터그램의 마지막 필드에 있는 frame check sequence(FCS) 값을 자체 FCS 계산과 비교함.- FCS : 프레임에 물리적 및 데이터 링크 오류가 없는지 확인하는데 도움이 되는 오류 검사 프로세스.
- Automatic buffering : incoming port와 outcoming port 간의 속도 불일치가 있는 경우 스위치는 전체 프레임을 버퍼에 저장하고 FCS 검사를 계산하여 egress port 버퍼로 전달한 다음 보냄.
-
Cut-through switching
incoming(수신) 프레임의 destination MAC address와 egress(송신) port가 결정된 후 forward process를 시작함
FCS 검사가 수행되지 않기 때문에 유효하지 않은 프레임을 전달할 수 있음.- 송신 2. table lookup 3. 에러체크XX
- Cut-through switching의 2가지 변형
- fast-forward switching
- 목적지 주소를 읽은 다음 즉시 패킷 전송.
- 전체 패킷을 받기 전에 전송을 시작하기 때문에 에러를 가진 패킷들이 중계되는 경우가 있음.
- 가장 전형적인 cut-througth 방식임
- fragment-free switching
- 전송 전 프레임의 첫 64바이트 저장(소규모 에러 확인)
- 에러감지가 가능하며 보다 빠른 것
- Store-and-Foward 스위칭과 Cut-through 스위칭의 절충안
- fast-forward switching
Collision and Broadcast Domain
Collision Domains
collision 발생을 검출할 수 있는 bridge 간 혹은 다른 layer device 간의 ethernet segment 범위.
- ethernet과 같은 공유 매체를 사용하는 경우 동일한 매체에 연결된 각 host가 공통의 매체를 서로 효율적으로 공유해 사용하기 위해 설정된 개념.
- Collision Domain은 스위치에 연결된 모든 Device들의 충돌 영역을 나눔. Layer2 Device인 switch 기준으로 충돌 영역이 나눠지고 있음.
- Collision Domain은 Local Network에서만 일어남
Broadcast Domains
어떤 device가 송신한 Broadcast Packet이 전달되는 허용 영역
- 영역 내에 있는 device는 직접 통신이 가능
- 허용영역은 router(L3 device) 사용을 기준으로 분할됨
- 다만 브리지 스위칭 허브에서는 분할할 수 없음
Alleviate Network Congestion 네트워크 혼잡 완화
- 빠른 port 속도
- 빠른 internal switching
- 큰 frame buffer
- High port density : 높은 port 밀도
