[Network] 링크 계층 스위치

1장에서 가장 먼저 공부했던 접속 네트워크에 속하며 라우터와 어떻게 다른지 감을 잡기 어려웠던 링크 계층 스위치가 드디어 나왔다.

 

스위치는 투명하다. 이 말은 호스트/라우터는 목적지로 보내는 도중에 자신의 프레임이 스위치에 도착하는걸 알지 못한다는 뜻이다.

 

스위치의 동작 방식 - 플러그 앤 플레이

1. 전달 및 여과

여과 : 프레임을 인터페이스로 전달할지 또는 폐기(drop)할지 결정함

전달 : 프레임이 전송될 인터페이스를 결정하고 프레임을 해당 인터페이스로 내보냄

 

스위치의 여과와 전달은 스위치 테이블을 이용한다. 스위치 테이블에는 랜상의 일부 호스트와 라우터에 대한 엔트리가 포함되어있다.

스위치 테이블의 엔트리에는 1) MAC주소, 2) MAC 주소로 가게 하는 스위치 어댑터, 3) 해당 엔트리가 테이블에 만들어진 시점에 대한 정보가 들어있다.  그리고 스위치는 IP 주소가 아닌 MAC 주소를 기반으로 데이터를 전달한다.

 

스위치의 여과 및 전달이 어떻게 동작하는지 알아보자

목적지 MAC 주소로 D-를 가진 프레임이 스위치의 인터페이스 x에 도착했다고 가정하자. 스위치는 자신의 테이블에 있는 MAC 주소 D-를 이용해서 프레임을 인덱싱한다.

• 테이블에 D-에 대한 엔트리가 없는 경우 : 스위치는 프레임의 복사본을 인터페이스 x를 제외한 모든 인터페이스의 앞에있는 출력 버퍼로 전달한다. 즉, 프레임을 브로드캐스트한다.
• 테이블에 D-에 대한 엔트리가 있는 경우 : 프레임은 어댑터 D-를 포함하는 랜 으로부터 왔다는 뜻이다. 따라서 프레임을 다른 인터페이스로 전달할 필요가 없으며, 프레임을 제거함으로써 여과 기능을 수행한다.
• 테이블에 D-가 인터페이스 y != x와 연관된 엔트리가 있는 경우 : 인터페이스 y에 접속된 랜 세그먼트로 전달되어야 한다. 따라서 인터페이스 y앞에 있는 출력 버퍼로 전달 기능을 수행한다.

 

2. 자가 학습

스위치 테이블을 자동으로, 동적으로, 자치적으로 구성하는 특징이다.

1. 스위치 테이블은 초기에 비어있다.
2. 인터페이스로 수신한 각 프레임에 대해서 스위치는 다음 정보를 저장한다.
   1. 프레임의 출발지 주소 필드에 있는 MAC 주소
   2. 프레임이 도착한 인터페이스
   3. 현재 시간
3. 일정 시간이 지난 후에도 스위치가 해당 주소를 출발지 주소로 하는 프레임을 수신하지 못하면 테이블에서 이 주소를 삭제한다.

 

 

스위치의 특성

1. 충돌 제거 : 스위치로 구축된 랜에는 충돌로 인해 낭비되는 대역폭이 없다. 스위치는 프레임을 버퍼링하며 어느 시점이든 세그먼트에 하나 이상의 프레임을 전송하지 않는다. 
2. 이질적인 링크들 : 스위치는 링크들을 별개로 분리하기 때문에 랜의 각 링크는 상이한 속도(1Mbps, 100Mbps)로 동작할 수 있으며 상이한 매체를 사용할 수 있다.
3. 관리 : 예를 들어, 스위치는 어댑터가 오동작해서 이더넷 프레임을 계속 보내는 경우, 스위치는 이 문제를 감지하고 오동작하는 어댑터의 연결을 의도적으로 끊는다. 비슷하게 케이블이 단절된 경우에도 스위치는 해당 케이블과 연결된 호스트와의 연결만 끊어진다.

 

스위치 vs 라우터

스위치는 2계층 패킷 스위치다.
라우터는 3계층 패킷 스위치다.

스위치는 플러그앤 플레이 방식.
라우터는 라우터 및 라우터에 연결된 호스트는 자신의 IP주소가 구성되기를 기다린다.

스위치는 거대한 ARP 테이블을 갖게 될 수 있으며, 브로드캐스트 트래픽의 폭주에 대한 방안을 제공하지 않는다. 예를들어 한 호스트에 문제가 생겨 끊임없이 이더넷 브로드캐스트 프레임을 전송한다면, 스위치는 이들 프레임 모두를 전달해서 전체 네트워크가 막힐 수 있다.

 

라우터는 IP 순환을 제한할 수 있는 특수 데이터 그램 헤더 필드를 사용하기 때문에 출발지와 목적지 간의 최상의 경로를 사용할 수 있다.

 

  즉, 수백 개의 호스트로 구성된 소규모 네트워크는 몇 개의 랜 세그먼트를 가질 것이다. 작은 네트워크는 트래픽이 지역적으로 제한되어있고, IP주소의 구성을 요구하지 않으면서도 총 처리율을 증가시킬 수 있는 스위치로도 충분하다.

  하지만 수천 개의 호스트로 이루어진 큰 네트워크에서는 라우터가 항상 포함된다. 라우터는 트래픽을 확실히 격리시킬 수 있고, 호스트간에 더 좋은 경로를 제공할 수 있다.