[NETWOKR] 13. 스위치, 브릿지

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스위치(Switch)란?

• 허브의 한계를 해결하기 위해서 콜리전 도메인을 나누어 줄 수 있는 장비가 나왔는데, 이 장비가 바로 브리지와 스위치다. 스위치가 나오기 전까지는 이 역할을 브리지가 혼자 다 해주었지만, 이제 브리지보다 빠른 스위치가 나오게 되어 브리지는 사라져 가는 추세다.
• 스위치는 예를 들어 A PC가 B PC와 데이터를 주고받는 동안에도 C PC와 D PC가 서로 데이터를 주고받을 수 있게 하는 장비로, 이걸 '포트별로 콜리전 도메인이 나뉘어 있다'라고 한다.
• 즉, A PC와 B PC 사이에서 통신이 일어나면 나머지 모든 PC들이 기다려야만 하는 허브와는 달리 다른 PC들도 동시에 통신이 가능하다는 것이 스위치와 허브의 가장 큰 차이다.
• 허브를 사용할 것인가, 스위치를 사용할 것인가 하는 결정은 네트워크의 트래픽이나 용도에 따라 달라지긴 하지만, 요즘은 스위치의 가격이 많이 내려서 허브 대신 스위치로 쓰는 추세다.

 

 

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브릿지(Bridge)란?

• 브릿지가 가지고 있는 모든 특성은 바로 스위치의 특성이기도 하기 때문에 브릿지도 콜리전 도메인을 나누어 주는 역할을 하며, 브릿지는 허브로 만들어진 콜리전 도메인 사이를 반으로 나누고 중간에 다리를 놓는다.
• 위의 그림을 보면 A PC가 B PC에게 통신을 하는 중에도 C PC는 D PC와 통신이 가능하다. 즉, 브릿지는 A PC가 B PC와 통신할 때 이 통신이 다리를 건너지 않고서도 가능하다는 것을 알고 있기 때문에 이 프레임은 다리를 통과시키지 않는다.

 

 

브릿지와 스위치가 하는 일

• Learning: 출발지의 MAC 주소를 배운다. 즉, 브리지나 스위치는 자신의 포트에 연결된 A PC가 통신을 위해서 프레임을 내보내면, 그때 이 A PC의 MAC 주소를 읽어서 자신의 맥 어드레스 테이블(=브릿지 테이블)에 저장해놓는다. 그리고 나중에 어떤 PC가 A PC에게 통신할 경우에 자신의 브릿지 테이블을 참고해서 다리를 건너게 할 것인지, 아니면 못 건너가게 할 것인지를 결정하는 것이다.
• Flooding: 들어온 프레임이 찾아가는 주소가 만약 브릿지 테이블에 없는 주소일 경우, 들어온 포트를 제외한 모든 포트로 뿌려주며, 이런 Flooding은 브로드캐스트나 멀티캐스트의 경우에도 발생하게 된다.
• Forwarding: 브릿지가 목적지의 MAC 주소를 자신의 브릿지 테이블에 가지고 있고, 이 목적지가 출발지의 MAC 주소와 다른 세그먼트에 존재하는 경우에 일어난다. 즉, 목적지가 어디 있는지를 알고 있는데 그 목적지가 다리를 건너가야만 하는 경우에 Forwarding이 발생하며, Flooding이 모든 포트로 프레임을 뿌리는 것과 달리 Forwarding은 오직 해당 포트쪽으로만 프레임을 뿌려준다.
• Filtering: 브릿지를 못 넘어가게 막는다. 즉, 브릿지 테이블에 목적지 MAC 주소가 들어있고, 출발지와 목적지가 같은 세그먼트에 있을 경우, 브릿지를 건너가지 않아도 통신이 일어나기 때문에 브릿지는 다리를 막는 필터링을 실시하게 된다. 따라서 브릿지는 이러한 Filtering 기능 때문에 허브와는 다르게 콜리전 도메인을 나누어 줄 수 있는 것이다.
• Aging: 브릿지 테이블은 한정되어 있기 때문에 평생 저장하는 것은 불가능하다. 따라서 브릿지 테이블에 저장할 수 있는 시간은 디폴트로 5분(300초)이며, Aging이라는 것은 바로 이것에 관련된 타이머다. 즉, 어떤 MAC 주소를 브릿지 테이블에 저장하고 나면 그때부터 Aging이 가동되며, 저장한 후 300초가 지나도록 그 출발지 주소를 가진 프레임이 들어오지 않으면 브릿지 테이블에서 삭제시키고, 들어오면 Aging 타이머를 Refresh 해서 맨 처음부터 다시 카운트를 하게 한다.

 

 

브릿지와 스위치의 차이점

• 스위치는 처리 방식이 하드웨어로 이루어지기 때문에 소프트웨어적으로 프레임을 처리하는 브릿지에 비해서 훨씬 빠르다는 차이점이 있다. 즉, 브릿지의 경우는 프레임의 처리 방식이 소프트웨어적 프로그램에 의해서 처리되는 방식을 취하지만, 스위치의 경우는 처리 절차를 미리 칩에 구워서 하드웨어 방식으로 만드는 ASIC 방식이기 때문에 프레임 처리 속도가 브릿지에 비해서 훨씬 빠르다.
• 브릿지는 포트들이 같은 속도를 지원하는 반면, 스위치는 서로 다른 속도를 연결해줄 수 있는 기능을 제공한다. 예를 들어 스위치는 10M 포트와 100M 포트가 한 장비에 같이 있게 되는데, 이는 서로 다른 속도를 연결해주는 기능을 수행한다.
• 스위치는 브릿지에 비해 제공하는 포트 수가 훨씬 많다. 즉, 브릿지는 대부분 2개에서 3개 정도의 포트를 가지고 있는 반면, 스위치는 몇십 또는 몇백 개의 포트를 제공할 수 있다.
• 스위치의 경우는 Cut-through, 또는 Store-and-forward 방식을 사용하는 데 비해서 브릿지는 오로지 Store-and-forwad 방법만을 사용한다.

 

 

브릿지와 스위치가 프레임을 처리하는 방식

• Store-and-forwarding 방식: 프레임을 모두 받아들이고 나서 이 프레임이 제대로 다 들어왔는지, 에러는 없는지, 또 출발지 주소는 어디인지, 목적지 주소는 어디인지를 파악해서 처리를 해주는 방식이다. 만약 이때 에러가 발견되면 이 프레임을 버리고 재전송을 요구하기 때문에 에러 복구 능력이 뛰어나다.
• Cut-through 방식: 프레임이 다 들어오기를 기다리지 않고 앞에 들어오는 목적지 주소만(앞의 48비트만)을 본 후 바로 전송 처리를 한다. 따라서 훨씬 빨리 처리한다는 장점을 가지고 있지만, 프레임에 발생됐을지도 모를 에러를 찾아내기가 어렵기 때문에 에러 복구 능력에는 약점을 가지고 있다.
• Fragment-free 방식: Store-and-forward 방식과 Cut-through 방식의 장점을 결합한 방식이다. 즉, 전체 프레임이 다 들어올 때까지 기다릴 필요가 없다는 측면에서는 Cut-through 방식을 닮았지만, 앞의 48비트만 보는 것이 아니라 앞의 512비트까지 보기 때문에 에러 감지 능력이 Cut-through 방식에 비해서는 우수하다고 할 수 있다.