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L2 스위치

스위치란?

여기서 말하는 스위치는 2계층에서 쓰는 L2이다. 네트워크 망에서 가장 핵심장비이며 2계층 주소인 MAC 주소를 기반으로 동작한다.

 

역할

네트워크의 중재자

네트워크 중간에서 패킷을 받아 목적지에게만 전송한다.

동시 통신, 패킷 충돌X

여러 장비가 서로 간섭 및 패킷 충돌 없이 동시에 통신하도록 도와준다.

네트워크 효율성 ↑

통신을 위해 기다리거나 충돌로 인해 대기하는 문제를 방지하여 네트워크 전체의 통신 효율성이 향상된다.

장비의 위치를 파악하고 통신 시작시 자신이 알고 있는 위치로 패킷 전송

이를 위해서 MAC 주소 테이블을 가지고 있다.

스위치는 전송하려는 패킷의 헤더 안에 잇는 MAC 주소를 확인하고 MAC 주소 테이블  에서 해당 주소가 어느 포트에 있는지 확인해 해당 패킷을 그 포트로만 전송한다.

 

동작 방식

• Flooding

  플러딩은 스위치에 연결된 모든 포트로 패킷을 전달하는 방식을 말한다.

  스위치는 처음 부팅하면 MAC 주소 테이블에 네트워크 관련 정보가 아무것도 없어 허브처럼 동작한다. 허브는 패킷이 들어온 포트를 제외하고 모든 포트로 패킷을 전달하는데 이러한 동작을 플러딩이라고 한다.

  • MAC 주소 테이블에는 언제 정보가 쌓이나?

    💡 패킷이 스위치에 들어오면 해당 패킷의 MAC 주소를 보고 이를 학습해 MAC 주소 테이블에 저장한다.

  • MAC 주소를 학습한다는 의미

    💡 스위치는 MAC 주소 테이블을 만들고 유지를 하는데 이 과정을 Address Learning이라고 한다.

• Address Learning

  스위치가 목적지 포트로 적확히 포워딩하려면 MAC 주소 테이블을 만들고 올바르게 유지해야 하는데 이 과정을 Address Learning이라고 한다.

  러닝 과정

  예시 : 출발지 MAC (AA-AA-AA), 스위치 Port : 4321

  1. 스위치에 [ 출발지 MAC (AA-AA-AA), 스위치 Port : 1 ] 정보를 가진 패킷이 들어왔다.
  2. 스위치는 MAC 주소 테이블에 출발지 MAC주소와 포트번호를 기록한다.
  3. 기록된 정보를 가지고 스위치 1번 포트에 AA-AA-AA주소를 가진 장비가 붙어 있다는 것을 습득한다.

  브로드 캐스트와 멀티 캐스트에 대한 MAC 주소는 학습할 수 없다고 한다. 이유는 브로드캐스트와 멀티캐스트 모두 목적지 MAC 주소 필드를 사용해서라고 한다.

  (브로드 캐스트 같은 경우는 주소가 FFFF.FFFFF.FFFF)

• Forwarding

  패킷이 스위치에 들어온 경우 목적지 MAC를 확인한 후 MAC 주소 테이블을 통해 해당 포트로 전송하는 것

• Filtering

  출발지, 목적지가 동일 네트워크 존재 시 다른 네트워크로 전파 차단

• Aging

  MAC 주소 테이블에 저장된 후 Aging이 가동되어 300초 동안 테이블에 저장된 주소의 프레임이 더이상 오지 않으면 테이블에서 삭제한다.

Forwarding 과 Filtering은 유니캐스트에 대해서만 작업을 수행한다.

❌ Unknown 유니캐스트 : MAC 주소 테이블에 정보가 없으므로 수행 불가능
❌ 브로드캐스트, 멀티캐스트 : 출발지 MAC 주소를 사용하지 않으므로 수행 불가능

작동 방식

cut-through

수신 frame의 목적지 주소만 확인 후 포워딩

• 처리속도 ↑
• 에러 감지가 어려움

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store-and-forwarding

수신 frame 전체 수신 및 체크 후 forwarding

• 처리속도 ↓
• 에러 감지 용이

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Fragment Free

Frame 앞 64byte만 읽고 에러 처리, 포워딩

• 적당한 처리 속도
• 적당한 에러 감지