스위칭 루프가 위험한 이유

이중화 링크는 네트워크의 안정성을 높이지만, 스위치 네트워크에서는 치명적인 문제인 스위칭 루프를 만들 수 있습니다. 스위치 사이에 두 개 이상의 경로가 있고 프레임이 끊임없이 순환하면 루프가 형성됩니다. 느린 연결과 달리 루프는 단 몇 초 만에 전체 네트워크를 중단시킬 수 있습니다. 이 레슨에서는 루프가 어떻게 형성되고 왜 그렇게 파괴적인지 설명합니다.

루프를 이해하려면 스위치가 알 수 없는 트래픽이나 브로드캐스트 트래픽을 처리하는 방식을 떠올려 보십시오. 스위치가 브로드캐스트 프레임이나 아직 목적지를 학습하지 못한 프레임을 수신하면, 프레임이 들어온 포트를 제외한 모든 포트로 해당 프레임을 플러딩합니다. 이러한 플러딩은 정상적이며 유용합니다. 하지만 토폴로지에 루프가 있으면 플러딩은 제어할 수 없는 재앙으로 변합니다.

두 스위치가 두 개의 케이블로 연결되어 루프를 형성한다고 가정해 보십시오. 브로드캐스트가 Switch A로 들어오면 Switch A는 두 링크를 통해 Switch B로 이를 플러딩합니다. Switch B는 두 링크를 통해 다시 Switch A로 플러딩합니다. Switch A는 이를 다시 플러딩하고, 프레임은 멈출 방법 없이 계속 복제되고 순환합니다. 계층 2 프레임에는 순환을 끝낼 수 있는 기본 만료 기능이 없습니다.

그 결과 브로드캐스트 스톰이 발생합니다. 프레임의 복사본이 폭발적으로 늘어나 모든 링크를 포화시킵니다. 루프를 도는 트래픽으로 대역폭이 가득 차고, 스위치 CPU는 플러딩을 처리하느라 사용량이 급증하며, 정상적인 트래픽은 통과할 수 없게 됩니다. 네트워크는 사실상 작동을 멈춥니다. 단 하나의 루프만으로도 몇 초 안에 전체 사이트가 마비될 수 있으므로 루프는 긴급 상황으로 취급합니다.

루프는 두 번째 문제도 일으킵니다. 바로 MAC 주소 테이블 불안정입니다. 스위치는 들어오는 프레임의 소스 주소를 기준으로 장치가 어느 포트에 연결되어 있는지 학습합니다. 루프를 도는 프레임이 여러 포트로 들어오면 스위치는 장치가 어디에 있는지 계속 판단을 바꾸며, 항목이 포트 사이에서 플래핑됩니다. 이러한 혼란은 전달 결정을 손상시키고 혼란을 더욱 악화시킵니다.

라우터는 IP 패킷에 TTL(수명) 카운터가 포함되어 있어 무한 루프를 방지합니다. 이 카운터가 0이 되면 패킷이 폐기됩니다. 하지만 계층 2 이더넷 프레임에는 TTL 필드가 없습니다. 프레임 자체에는 카운트다운하거나 만료시키는 기능이 없습니다. 따라서 계층 2에서 루프를 도는 프레임은 사람이 루프를 끊거나 프로토콜이 이를 방지할 때까지 영원히 순환할 수 있습니다.

루프는 의도적으로 만들어지는 경우가 거의 없습니다. 누군가 패치 케이블의 양쪽 끝을 같은 스위치에 연결하거나, 벽면 잭 두 개를 서로 연결하거나, 비관리형 스위치를 잘못 데이지 체인 방식으로 연결할 때처럼 우연히 발생하는 경우가 많습니다. 증상이 갑자기 나타나고 모든 사람에게 영향을 미치기 때문에 우발적인 루프는 사무실 전체의 연결이 한꺼번에 끊기는 대표적인 원인입니다.

루프의 징후로는 네트워크 전체가 매우 느려지거나 작동하지 않는 현상, 스위치 상태 표시등이 일제히 빠르게 깜박이는 현상, 스위치의 CPU 사용량이 매우 높은 현상 등이 있습니다. 네트워크 전체에서 핑이 시간 초과됩니다. 누군가 케이블을 옮기거나 장치를 추가한 직후 연결이 무너졌다면 루프를 의심하고 새로 만들어진 이중화 경로를 찾아보십시오.

즉각적인 해결 방법은 문제를 일으킨 이중화 케이블을 분리하여 루프를 끊는 것입니다. 두 번째 경로가 사라지면 플러딩이 순환할 곳이 없어지고 스톰은 거의 즉시 사라집니다. 따라서 기술자는 갑작스러운 전체 장애가 발생했을 때 최근에 추가된 링크부터 분리하여 네트워크가 복구되는지 확인하는 경우가 많습니다.

사람이 모든 루프를 피할 것이라고 기대해서는 안 되며, 안정성을 위해 이중화는 중요합니다. 진정한 해결책은 이중화 링크를 허용하면서도 루프를 형성하는 링크는 차단하고, 차단된 링크를 백업으로 대기시키는 자동 프로토콜입니다. 그 프로토콜이 바로 다음 레슨의 주제인 스패닝 트리 프로토콜입니다. 이는 스위칭 루프에 대한 표준 방어 수단입니다.

스위칭 루프는 네트워크에서 발생할 수 있는 가장 심각한 장애 중 하나이며 네트워크+ 시험에도 출제됩니다. 다음 흐름을 이해하십시오. 이중화 경로는 플러딩으로 이어지고, 플러딩은 브로드캐스트 스톰과 MAC 테이블 불안정으로 이어지며, 계층 2에 TTL이 없기 때문에 스톰은 저절로 끝나지 않습니다. 이러한 이해가 바로 루프 방지가 존재하는 이유입니다.

루프에 대해 얼마나 알고 있는지 테스트해 보십시오.

스위칭 루프는 이중화 경로로 인해 스위치가 브로드캐스트를 원형으로 플러딩할 때 형성됩니다. 계층 2 이더넷 프레임에는 TTL이 없으므로 루프는 끝나지 않고, 링크를 포화시키며 스위치 CPU 사용량을 급증시키는 브로드캐스트 스톰을 일으킵니다. 또한 항목이 플래핑되면서 MAC 테이블 불안정도 발생합니다. 루프는 우연히 발생하는 경우가 많으며 몇 초 만에 전체 사이트를 마비시킬 수 있습니다. 지속적인 해결책은 자동 루프 방지 프로토콜인 스패닝 트리입니다.