네트워크 - 물리 & 데이터 링크 계층

데이터 링크 계층의 대표적인 장비 - 스위치

스위치는 데이터 링크 계층의 네트워크 장비로, 2계층에서 사용한다 하여 L2 스위치라고도 부른다.
스위치는 허브와 비슷하게 여러 포트에 호스트를 연결할 수 있다. 차이점은 스위치는 MAC 주소를 학습해 특정 MAC 주소를 가진 호스트에만 프레임을 전달할 수 있고, 전이중 모드의 통신을 지원한다.
즉, 스위치를 이용하면 포트별로 콜리전 도메인이 나뉘고, CSMA/CD 프로토콜이 필요하지 않다.

스위치의 특징 - MAC 주소 학습

스위치는 특정 포트와 해당 포트에 연결된 호스트의 MAC 주소와의 관계를 기억한다는 특징이 있다.
이를 통해 원하는 호스트에만 프레임을 전달할 수 있다. 이러한 기능을 MAC 주소 학습이라고 한다.

스위치는 MAC 주소 학습을 위해 포트와 연결된 호스트의 MAC 주소 간의 연관 관계를 메모리에 표 형태로 기억하는데, 이러한 정보를 MAC 주소 테이블이라고 한다.

플러딩, 포워딩과 필터링, 에이징이라는 세 가지 기능을 통해 MAC 주소 학습이 이루어진다.

다음과 같이 구성된 네트워크에서 호스트 A가 호스트 C로 프레임을 전송한다고 해보자. (1번 포트 -> 3번 포트)

스위치가 MAC 주소를 학습하기 전에는 아직 어떤 포트에 어떤 MAC 주소를 가진 호스트와 연결되어 있는지 알 수 없다.

스위치의 MAC 주소 학습은 프레임 내 "송신지 MAC 주소" 필드를 바탕으로 이루어진다. 프레임 내 송신지 MAC 주소 정보를 바탕으로 호스트 A의 MAC 주소와 연결된 포트를 MAC 주소 테이블에 저장한다. 아직 수신지 호스트 C가 어느 포트에 연결되어있는지는 알 수 없다.

이 상황에서 스위치는 송신지 포트를 제외한 모든 포트로 프레임을 전송한다. 이러한 스위치의 동작을 플러딩(flooding) 이라고 한다. 호스트 B, C, D는 프레임을 전달받고, 호스트 B와 D는 프레임을 폐기한다.

호스트 C는 스위치로 응답 프레임을 전송하고, 스위치는 이 프레임에 있는 "송신지 MAC 주소" 필드를 MAC 주소 테이블에 기록한다. 이제 호스트 A와 C가 프레임을 주고받을 때는 다른 포트로 프레임을 내보낼 필요가 없게 된다.

전달받은 프레임을 어디로 내보낼 지 결정하는 스위치의 기능을 필터링(filtering) 이라고 한다. 그리고 전송될 포트에 실제로 프레임을 내보내는 것을 포워딩(forwarding) 이라고 한다.

<에이징(aging)>
만약 MAC 주소 테이블에 등록된 특정 포트에서 일정 시간 동안 프레임을 전송받지 못했다면 해당 항목은 삭제된다.

스위치의 특징 - VLAN (Virtual LAN)

한 대의 스위치로 가상의 LAN을 만드는 방법이다.
스위치에 연결된 호스트 중에서도 서로 메시지를 주고받을 일이 적거나 브로드캐스트 메시지를 받을 필요가 없어서 굳이 같은 네트워크(LAN)에 속할 필요가 없는 호스트가 있을 수 있다. 이들을 분리하기 위해 새로운 스위치 장비를 구매할 수도 없기에 이때 구성하는 것이 VLAN이다.
VLAN을 구성하면 한 대의 물리적 스위치라 해도 여러 대의 스위치가 있는 것처럼 논리적인 단위로 LAN을 구획할 수 있다. 호스트의 물리적 위치와 관계없이 논리적인 LAN을 구성할 수 있는 것이다.

다음과 같이 VLAN이 구성됐을 때, 두 VLAN이 통신하기 위해서는 데이터 링크 계층의 장비가 아니라 네트워크 계층 이상의 장비가 필요하다.