Network | Switch

1. Router와의 차이점

Router	Switch
CPU-base (policy-base)	ASIC(Application-Specific Integrated Circuit)
Routing table(관리자가 생성), ARP-table 확인 (IP address)	MAC address table(Switch가 자동 생성) 확인
자신이 모르는 목적지의 Packet과 Broadcast를 Drop	자신이 모르는 목적지의 Frame과 Broadcast를 Flooding

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2. 전송 방식

1. Store and Forward

- Frame을 전부 확인하고 다음 처리를 시작하는 방식

- 목적지 주소, 출발지 주소, 에러 발생 여부 확인

- Error가 발생하면 Frame을 버리고 재전송 요구

- Frame 전체를 복사하기 때문에 Latency(지연 시간)은 Frame의 길이에 따라 다름

- 다른 방식에 비해 느리고 error 복구 능력 좋음

 

2. Cut-through (Real time)

- 수신되는 Frame의 목적지 MAC Address를 본 다음 바로 Forwarding

- Preamble 다음의 6byte만 보고 전송하기 때문에 속도가 빠르지만 error 복구 능력 나쁨

 

3. Fragment-Free

- 위의 두 가지 방식을 결합한 방식

- 처음 64Byte까지 복사한 후 Frame Forwarding -> error는 대부분 첫 64Byte에서 발생하므로 Cut-through보다는 error 감지 능력 좋음

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3. Transparent Bridging

- Ethernet Switch가 Frame을 수신하여 목적지로 전송하는 방식과 절차를 정의

- Switch가 수신한 Ethernet Frame을 참조하여 MAC Address Table을 생성 및 갱신, 목적지로 전송할 때 사용하는 Protocol

- Transparent(투명한) : 사용자가 의식하지 못하게 자동으로 동작

- Switch의 기능인 Learning, Flooding, Forwarding, Filtering, Aging이 모두 합쳐져 Transparent bridging 기능 수행

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4. Redundant Topology의 문제점

- 링크 이중화는 한 지점에서의 장애로 인해 네트워크 기능 상실 방지

1. Broadcast storm

2. Multiple frame copies

3. MAC address table instability

=> 해결책 : STP(Spanning-Tree Protocol)

 

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5. STP(Spanning-Tree Protocol)

- Loop-Prevention Protocol로, Root Bridge를 중심으로 하려 2계층 Network 전반에 걸치는 Loop-Free Leaf Topology를 구성함

- 단일 경로로 구성할 경우 경로에 이상이 발생하면 통신이 이뤄지지 않음 => 이중화 경로 구성  -> 다중 경로를 Ring 구조로 구성할 경우에는 Looping 등의 문제 발생 => STP enable (Switch 내장 protocol)

- Looping 발생 방지 위해 하나의 경로를 제외하고 나머지 경로들을 차단했다가 사용되던 경로에 이상이 발생했을 경우 차단됐던 경로를 사용하는 알고리즘

- Network당 하나의 Root Bridge를 가짐, Non-Root Bridge당 하나의 Root Port를 가짐

- Segment당 하나의 Designated Port를 가짐

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6. BPDU (Bridge Protocol Data Unit)

- Switch는 서로 BPDU를 교환하여 Looping 없는 논리적 경로 구성

- IEEE 802.1d를 지원하는 Switch가 전송

- 2초 간격으로 전송, Multicast Packet 사용

 

1. 종류

1) Configuration BPDU

- Root Switch 선출, 각 Switch port의 역할 지정

- 논리적 토폴로지를 결정하기 위해 Bridge ID, Path Cost, Port ID 값을 사용함

-> Root Switch가 Configuration BPDU를 만들고, 다른 Switch들은 수신한 BPDU를 다음 Switch로 중계

2) TCN BPDU

- Switch가 연결된 Link에 변화가 생겼을 때 이것을 Root switch에게 알리기 위해 사용

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2. 결정 값

1) Bridge ID

- 가장 낮은 값을 가진 Switch가 Root Switch로 선출됨

- 2Byte의 Bridge Priority(Default 값 : 32768)와 6Byte의 MAC Address로 구성됨

 

2) Path cost

- 다른 Switch와 연결된 Link의 속도

- IEEE에서 미리 정한 값 사용 (속도가 빠를수록 경로 값이 낮음)

- 해당 Switch에서 Root Switch까지의 경로를 합한 값

 

3) Port ID

- BPDU를 전송하는 Switch의 Port 우선순위와 Port 번호로 구성 (기본값 128)

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3. 동작 방식

1) Root Switch 선출 : Bridge ID(Priority + MAC Address)가 가장 낮은 Switch, Priority 값이 동일하면 MAC 주소가 가장 낮은 Switch

2) 그 외의 Switch들은 Root Port 선출

- Root Switch의 ID가 가장 낮은 BPDU를 수신한 Port

- Path cost가 가장 작은 Port

- 인접 Switch의 Bridge ID가 가장 낮은 Port

- 인접 Switch의 Port ID가 가장 낮은 Port

- 자신의 Port ID가 가장 낮은 Port

3) 한 Switch의 Segment마다 Designated Port 선출 (Root Switch의 모든 Port는 Designated Port)

- 가장 낮은 순위의 BPDU를 수신한 Port

- Path cost가 가장 작은 Port

- Bridge ID가 가장 낮은 Port

- Port ID가 가장 낮은 Port

4) Root Port와 Designated Port 외의 Port들은 Alternate Port로 선출, Block 상태 유지

 

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4. STP States

1) Blocking State

- Data Frame을 송수신하지 않는 상태, 하지만 상대측 Port에서 전송한 BPDU는 수신

2) Listening State

- 해당 Port를 STP Forwarding 상태로 변경시키기 위한 준비 단계

- Forwarding 시간 동안 특별한 문제가 없으면 Learning 상태로 변경

3) Learning State

- 해당 Port를 STP Forwarding 상태로 변경시키기 위한 준비 단계

- Frame을 Switching시키기 위한 준비 작업, Forwarding 시간 동안 특별한 문제가 없으면 Forwarding 상태로 변경

4) Forwarding State

- Data Frame을 송수신하는 상태

 

-> STP에 따라 원래 통신을 하던 Link에 문제가 발생했을 경우 대기하고 있던 다른 Link로 대체하기까지 약 50초의 시간 걸림

Blocking(20 sec) -> listening(15 sec) -> Learning(15 sec) -> Forwarding

=> 다른 기술들로 보완 가능

1) Ether channel : 여러 개의 Link가 하나의 Link처럼 동작하게 하는 기술 (최대 8개)

- 평소에는 두 배의 속도를 낼 수 있고 하나의 Link가 끊어져도 기다리는 시간 없음

2) Uplink fast : Link 복구 시간을 약 2~3초 안에 가능하도록 만든 기술

3) RSTP, MSTP 등 -> Convergence 시간 단축 가능