스위치가 프레임을 전달하는 방식

스위치는 LAN에서 장치들을 연결하는 현대적인 장치이며, 허브보다 훨씬 똑똑합니다. 스위치는 데이터를 아무 판단 없이 반복하는 대신 주소를 읽고, 각 프레임을 목적지가 실제로 연결된 포트로만 전달합니다. 이 한 가지 변화만으로도 속도, 효율성, 보안이 크게 향상됩니다. 이 수업에서는 스위치가 이러한 전달 결정을 정확히 어떻게 내리는지 설명합니다.

스위치는 데이터 링크 계층(OSI 모델의 계층 2)에서 동작합니다. 이 계층에서 데이터는 프레임으로 구성되며, 각 장치에는 네트워크 카드에 기록된 고유한 MAC 주소(매체 접근 제어 주소)가 있습니다. 스위치는 프레임 내부의 MAC 주소를 읽고 전송할 위치를 결정하므로 계층 2 장치라고 합니다.

모든 이더넷 프레임에는 두 개의 MAC 주소가 들어 있습니다. 하나는 출발지(보낸 장치)이고, 다른 하나는 목적지(받아야 할 장치)입니다. 스위치는 각 프레임에서 이 주소를 확인합니다. 어떤 MAC 주소가 어느 포트에 연결되어 있는지 추적하면, 허브처럼 모든 곳으로 플러딩하지 않고 프레임을 정확히 전달할 수 있습니다.

스위치는 학습을 통해 정보를 쌓습니다. 프레임이 도착하면 스위치는 출발지 MAC 주소와 해당 프레임이 들어온 포트를 기록하여 그 쌍을 MAC 주소 테이블에 저장합니다. 시간이 지나 장치들이 트래픽을 보내면 스위치는 각 장치의 위치를 학습합니다. 이 자동 학습에는 설정이 필요하지 않으며 지속적으로 이루어집니다.

프레임을 전달할 때 스위치는 테이블에서 목적지 MAC을 확인합니다.

• 알려진 주소 — 일치하는 포트 하나로만 프레임을 내보냅니다.
• 알 수 없는 주소 — 프레임이 들어온 포트를 제외한 모든 포트로 플러딩합니다.

목적지가 응답하면 스위치는 그 위치도 학습하므로, 이후 프레임은 해당 위치로 곧바로 전달됩니다.

스위치가 아직 목적지 MAC이 어디에 연결되어 있는지 모르면, 출발지 포트를 제외한 모든 포트로 프레임을 플러딩합니다. 이 점은 허브와 비슷합니다. 하지만 이는 임시적인 동작입니다. 목적지가 응답하는 즉시 스위치는 해당 포트를 학습하고 그 주소에 대한 플러딩을 중지합니다. 따라서 플러딩은 일반적인 동작이 아니라 대체 수단이며, 테이블은 빠르게 채워집니다.

각 스위치 포트는 전이중으로 동작하여 동시에 송신과 수신을 수행하며, 연결된 장치에 공유 회선이 아닌 자체 전용 대역폭을 제공합니다. 이로써 허브를 괴롭히던 충돌이 사라지고 모든 장치가 동시에 최고 속도로 동작할 수 있습니다. 이것이 스위치 네트워크가 허브 기반 네트워크보다 훨씬 뛰어난 핵심 이유입니다.

MAC 테이블은 영원히 커지지 않습니다. 각 항목에는 에이징 타이머가 있습니다. 일정 시간 동안 스위치가 해당 MAC 주소에서 더 이상 신호를 듣지 못하면 그 항목을 삭제합니다. 이렇게 하면 장치가 이동하거나 연결이 끊긴 뒤에도 테이블을 최신 상태로 유지할 수 있습니다. 이후 장치가 다시 전송하면 스위치는 위치를 간단히 재학습하여 정확한 전달을 유지합니다.

스위치는 프레임 유형에 따라 다르게 처리합니다.

• 유니캐스트 — 한 장치로 전송되며, 알려진 경우 해당 포트 하나로 전달됩니다.
• 브로드캐스트 — 모든 장치로 전송되며, 모든 포트로 내보냅니다.
• 멀티캐스트 — 하나의 그룹으로 전송되며, 플러딩하거나 추가 기능을 사용해 선택적으로 전송합니다.

브로드캐스트는 항상 스위치 전체로 퍼지므로, 이는 이후에 다룰 브로드캐스트 도메인에서 중요한 내용입니다.

스위치는 여러 방식으로 프레임을 전달할 수 있습니다. 저장 후 전달은 전체 프레임을 수신하고 오류를 확인한 뒤 전달하는 방식으로, 정확하지만 약간 느립니다. 컷스루는 목적지 주소를 읽는 즉시 전달을 시작하는 방식으로 더 빠르지만 오류를 감지할 수 없습니다. 대부분의 현대 스위치는 신뢰성을 위해 저장 후 전달 방식을 사용합니다. 이 두 방식과 속도와 정확성 사이의 절충점을 알아 두면 시험에 도움이 됩니다.

스위치는 지능적으로 전달하여 허브보다 세 가지 큰 장점을 제공합니다. 전용 전이중 포트로 인한 향상된 성능, 각 포트가 자체 충돌 도메인이기 때문에 발생하는 충돌 감소, 프레임을 모든 장치로 보내지 않아서 얻는 향상된 보안입니다. 이러한 장점 때문에 스위치는 어디서나 허브를 대체했으며, 모든 현대 LAN의 기반이 되었습니다.

스위칭에 대한 지식을 확인해 보세요.

스위치는 프레임의 MAC 주소를 읽어 지능적으로 전달하는 계층 2 장치라는 것을 배웠습니다. 스위치는 출발지 MAC과 해당 포트를 학습하여 MAC 주소 테이블에 저장한 다음, 알려진 목적지는 하나의 포트로 전달하고 플러딩이 필요한 알 수 없는 목적지는 일시적으로 모든 포트로 보냅니다. 각 포트는 전용 대역폭을 사용하는 전이중 방식이므로 충돌이 사라집니다. 테이블 항목은 최신 상태를 유지하도록 만료됩니다. 스위치는 속도, 충돌, 보안 측면에서 허브보다 뛰어나며 모든 현대 LAN을 구동합니다.