[네트워크] 스위칭

스위칭(Switching)은 네트워크 장비(스위치)가 데이터를 전송할 때 최적의 경로로 패킷을 전달하는 기술입니다. 주로 LAN(Local Area Network)에서 사용되며, 효율적인 데이터 전달과 분산 처리를 지원합니다.

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1. 스위칭의 동작 원리

스위치는 MAC 주소 테이블(MAC Address Table)을 기반으로 데이터를 처리합니다.

1. 프레임 수신
   • 스위치는 포트로 들어온 프레임을 수신합니다.
2. MAC 주소 학습
   • 수신된 프레임의 소스 MAC 주소를 MAC 테이블에 저장합니다.
   • 테이블에는 MAC 주소와 포트 번호가 매핑됩니다.
3. 목적지 포트 결정
   • 프레임의 목적지 MAC 주소를 MAC 테이블에서 조회하여 전송 포트를 결정합니다.
4. 프레임 전달
   • 목적지 포트로만 프레임을 전달(유니캐스트).

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2. 스위칭 방식

1) 컷스루(Cut-through)

• 프레임의 헤더 정보만 확인 후 즉시 전송.
• 특징:
  • 전송 속도가 빠름.
  • 오류 검사 기능이 제한적.
• 사용 예: 고속 데이터 전송 환경.

2) 스토어 앤 포워드(Store-and-Forward)

• 프레임을 완전히 수신한 후 오류 검사(CRC) 후 전송.
• 특징:
  • 오류 검사 기능 제공.
  • 속도는 느리지만 신뢰성 높음.
• 사용 예: 신뢰성 요구가 높은 환경.

3) 프래그먼트 프리(Fragment-Free)

• 프레임의 최초 64바이트만 검사 후 전송.
• 특징:
  • 속도와 신뢰성의 균형 유지.
• 사용 예: 일반적인 LAN 환경.

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3. 스위칭 유형

1) 비관리형 스위치(Unmanaged Switch)

• 설정 불가, 자동 동작.
• 저비용, 소규모 네트워크용.

2) 관리형 스위치(Managed Switch)

• VLAN, QoS, SNMP 등 고급 기능 제공.
• 대규모 네트워크 관리 가능.
• CLI 또는 GUI 인터페이스로 설정 및 관리.

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4. 스위칭 기능

1) VLAN(Virtual LAN)

• 논리적으로 네트워크를 분할하여 트래픽을 격리.
• 장점:
  • 보안 강화.
  • 네트워크 관리 효율성 증가.
• 예시 명령어:

  vlan 10
  name HR_Network

2) 트렁킹(Trunking)

• 여러 VLAN의 데이터를 하나의 연결을 통해 전송.
• 프로토콜: IEEE 802.1Q.

3) 스패닝 트리 프로토콜(STP)

• 루프 방지 프로토콜.
• 네트워크 경로 중복 시 활성 경로만 유지.

4) 링크 어그리게이션(Link Aggregation)

• 여러 물리적 링크를 하나의 논리 링크로 묶어 대역폭 증가 및 이중화 제공.
• 프로토콜: LACP(IEEE 802.3ad).

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5. 계층별 스위칭 모델

1. 액세스 계층(Access Layer)
   • 사용자 장치 연결(PC, 프린터 등).
   • VLAN 설정 및 포트 보안 적용.
2. 분배 계층(Distribution Layer)
   • 트래픽 필터링 및 정책 관리.
   • 라우팅 및 보안 기능.
3. 코어 계층(Core Layer)
   • 고속 백본 네트워크 구축.
   • 신뢰성 및 고가용성 제공.

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6. 스위칭 장비와 소프트웨어 연관성

1) 소프트웨어 기반 관리

• CLI(Command Line Interface): Cisco IOS, JunOS 등.
• GUI 관리 도구: Cisco DNA Center, Aruba Central.
• 자동화 및 스크립트:
  • Ansible, Python을 활용한 구성 자동화.
  • REST API 기반 원격 관리.

2) 시뮬레이션 도구

• Cisco Packet Tracer: 네트워크 설계 및 테스트.
• GNS3: 실제 장비 시뮬레이션 및 프로토콜 테스트.

3) 가상 스위칭(Virtual Switching)

• VLAN 및 VXLAN 기반으로 가상화 네트워크 구성.
• SDN(Software-Defined Networking) 활용.
• 클라우드 환경과 연동한 네트워크 확장성 제공.

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7. 요약

스위칭은 LAN 환경의 핵심 기술로, 효율적이고 빠른 데이터 전송을 지원합니다.

• 하드웨어: 고속 스위치 및 관리형 장비.
• 소프트웨어: 자동화, 가상화, 클라우드 통합 관리.

특히 SDN 및 네트워크 자동화가 발전하면서 하드웨어와 소프트웨어의 결합이 더욱 중요해지고 있습니다.