네트워크 스위치

네트워크 스위치(network switch), 스위칭 허브, 브리징 허브, 이더넷 스위치, IEEE의 호칭 MAC 브리지IEEE 802.1D는 패킷 교환을 사용하여 데이터를 수신하고 대상 장치로 전달함으로써 컴퓨터 망의 장치들을 연결하는 네트워킹 하드웨어이다.

네트워크 스위치는 OSI 모형의 데이터 링크 계층 (레이어 2)에서 MAC 주소를 사용하여 데이터를 전달하는 다중 포트 네트워크 브리지이다. 일부 스위치는 라우팅 기능을 추가로 통합하여 네트워크 계층 (레이어 3)에서도 데이터를 전달할 수 있다. 이러한 스위치는 일반적으로 레이어 3 스위치 또는 멀티레이어 스위치로 알려져 있다.

이더넷용 스위치가 가장 일반적인 형태의 네트워크 스위치이다. 최초의 MAC 브리지W. Hawe, A. Kirby, A. Lauck, "An Architecture for Transparently Interconnecting IEEE 802 Local Area Networks", technical paper submitted to the IEEE 802 committee, document IEEE-802.85*1.96, San Diego CA, October 1984.는 1983년 디지털 이큅먼트 코퍼레이션의 네트워킹 고급 개발 그룹의 엔지니어인 마크 켐프(Mark Kempf)에 의해 발명되었다. 이 회사는 곧 2포트 브리지 제품(LANBridge 100)을 출시했다. 이후 이 회사는 이더넷과 FDDI용 다중 포트 스위치인 GigaSwitch를 생산했다. 디지털은 MAC 브리지 특허를 로열티가 없는 비차별적 방식으로 라이선스하기로 결정하여 IEEE 표준화를 허용했다. 이로 인해 Kalpana를 포함한 여러 다른 회사들이 다중 포트 스위치를 생산할 수 있게 되었다. 이더넷은 처음에는 공유 매체였지만, MAC 브리지의 도입으로 충돌 도메인이 없는 가장 일반적인 지점 간 형태로 전환되기 시작했다. 파이버 채널, 비동기 전송 방식, 인피니밴드를 포함한 다른 유형의 네트워크용 스위치도 존재한다.

각 포트에서 동일한 데이터를 브로드캐스트하여 장치들이 자신에게 할당된 데이터를 선택하게 하는 리피터 허브와 달리, 네트워크 스위치는 연결된 장치의 이더넷 주소를 학습한 다음 해당 장치에 할당된 포트로만 데이터를 전달한다.

 개요 

스위치는 다른 장치들을 연결하는 컴퓨터 망의 장치이다. 여러 데이터 케이블이 스위치에 연결되어 다른 네트워크 장치 간의 통신을 가능하게 한다. 스위치는 수신된 네트워크 패킷을 패킷이 의도된 하나 이상의 장치로만 전송하여 네트워크 전체의 데이터 흐름을 관리한다. 스위치에 연결된 각 네트워크 장치는 해당 네트워크 주소로 식별될 수 있으므로 스위치는 트래픽 흐름을 지시하여 네트워크의 보안과 효율성을 극대화할 수 있다.

스위치는 단순히 패킷을 수신한 포트를 제외하고 허브의 모든 포트로 패킷을 재전송하며, 다른 수신자를 구별하지 못하여 전반적인 네트워크 효율성을 떨어뜨리는 이더넷 허브보다 더 지능적이다.

이더넷 스위치는 OSI 모형의 데이터 링크 계층 (레이어 2)에서 작동하여 각 스위치 포트에 대해 별도의 충돌 도메인을 생성한다. 스위치 포트에 연결된 각 장치는 언제든지 다른 포트로 데이터를 전송할 수 있으며 전송은 간섭하지 않는다. 브로드캐스트는 여전히 스위치에 의해 연결된 모든 장치로 전달되기 때문에 새로 형성된 네트워크 세그먼트는 계속해서 브로드캐스트 도메인으로 남는다. 스위치는 네트워크 계층 및 그 이상을 포함하여 OSI 모형의 더 높은 계층에서도 작동할 수 있다. 이러한 더 높은 계층에서도 작동하는 스위치를 멀티레이어 스위치라고 한다.

세그멘테이션은 스위치를 사용하여 더 큰 충돌 도메인을 더 작은 도메인으로 분할하여 충돌 확률을 줄이고 전반적인 네트워크 처리량을 향상시키는 것을 포함한다. 극단적인 경우(즉, 마이크로 세그멘테이션)에는 각 장치가 해당 장치 전용 스위치 포트에 직접 연결된다. 이더넷 허브와 달리 각 스위치 포트에는 별도의 충돌 도메인이 있다. 이를 통해 컴퓨터는 네트워크에 대한 지점 간 연결에서 전용 대역폭을 가질 수 있으며 전이중통신 모드로 실행될 수도 있다. 전이중통신 모드에서는 충돌 도메인당 하나의 송신기 및 하나의 수신기만 존재하여 충돌이 불가능하다.

네트워크 스위치는 대부분의 최신 이더넷 근거리 통신망 (LAN)에서 필수적인 역할을 한다. 중대형 LAN에는 여러 개의 연결된 관리형 스위치가 포함된다. 소호 (오피스) 애플리케이션은 일반적으로 단일 스위치 또는 DSL이나 케이블 인터넷과 같은 소규모 사무실/가정 광대역 서비스에 액세스하기 위한 가정용 게이트웨이와 같은 다목적 장치를 사용한다. 이러한 대부분의 경우, 최종 사용자 장치에는 라우터와 특정 물리적 광대역 기술과 인터페이스하는 구성 요소가 포함되어 있다.

많은 스위치에는 스몰 폼 팩터 플러거블 (SFP) 모듈과 같은 플러그형 모듈이 있다. 이 모듈에는 종종 스위치를 광섬유 케이블과 같은 물리적 매체에 연결하는 트랜시버가 포함되어 있다. 또는 모듈 대신 DAC(Direct Attach Copper) 케이블을 사용할 수도 있다. 이 모듈들은 스위치에 보조 장치 인터페이스를 통해 연결된 미디엄 어태치먼트 유닛에 선행되었고 시간이 지남에 따라 발전했다. 최초의 모듈은 기가비트 인터페이스 컨버터였고, 이어서 XENPAK 모듈, SFP 모듈, XFP 트랜시버, SFP+ 모듈, QSFP, QSFP-DD, 및 OSFP 모듈이 있었다. 플러그형 모듈은 방송 애플리케이션에서 비디오를 전송하는 데도 사용된다. 스위치의 스위칭 칩에 트랜시버를 가깝게 배치하여 전력 소비를 줄이는 CPO(Co-packaged optics)와 함께 속도 증가가 도래하면서 플러그형 모듈은 교체 가능한 레이저 광원이 되고, 광섬유는 플러그형 모듈을 통하지 않고 스위치 전면에 직접 연결된다. CPO는 또한 수냉에 훨씬 더 쉽게 적용될 수 있다.

 네트워크에서의 역할 
스위치는 주로 네트워크 에지에서 호스트의 네트워크 연결 지점으로 사용된다. 계층적 인터네트워킹 모델 및 유사한 네트워크 아키텍처에서 스위치는 에지 스위치 간의 연결을 제공하기 위해 네트워크 깊숙한 곳에서도 사용된다.

상업용 스위치에서는 내장 또는 모듈형 인터페이스를 통해 이더넷, 파이버 채널, RapidIO, ATM, ITU-T G.hn 및 802.11을 포함한 다양한 유형의 네트워크를 연결할 수 있다. 이 연결은 언급된 계층 중 어느 곳에서도 가능하다. 레이어 2 기능은 한 기술 내에서 대역폭을 전환하는 데 적합하지만, 이더넷과 토큰링과 같은 기술을 상호 연결하는 것은 레이어 3 또는 라우팅을 통해 더 쉽게 수행된다. 레이어 3에서 상호 연결하는 장치는 전통적으로 라우터라고 불린다.

네트워크 성능 및 보안에 대한 많은 분석이 필요한 경우, 스위치는 분석 모듈을 위한 장소로 WAN 라우터 사이에 연결될 수 있다. 일부 공급업체는 스위치 포트에 연결할 수 있는 방화벽 (네트워킹),Cisco Catalyst 6500 Series Firewall Services Module , 시스코 시스템즈, 2007Switch 8800 Firewall Module , 쓰리콤 코퍼레이션, 2006 네트워크 침입 탐지,Cisco Catalyst 6500 Series Intrusion Detection System (IDSM-2) Module , 시스코 시스템즈, 2007 및 성능 분석 모듈을 제공한다. 이러한 기능 중 일부는 결합된 모듈에 있을 수 있다.Getting Started with Check Point Fire Wall-1, 체크포인트 소프트웨어 테크놀로지스 Ltd., n.d.

포트 미러링을 통해 스위치는 침입 탐지 시스템 및 패킷 스니퍼와 같은 외부 장치로 전송될 수 있는 데이터의 미러 이미지를 생성할 수 있다.

현대 스위치는 이더넷 전원 장치 (PoE)를 구현할 수 있으며, 이는 VoIP 전화 또는 무선 액세스 포인트와 같은 연결된 장치에 별도의 전원 공급 장치가 필요 없게 한다. 스위치는 무정전 전원 공급 장치에 연결된 이중 전원 회로를 가질 수 있으므로 일반 사무실 전원이 끊어져도 연결된 장치는 계속 작동할 수 있다.

1989년과 1990년에 Kalpana는 최초의 다중 포트 이더넷 스위치인 7포트 이더스위치(EtherSwitch)를 출시했다.

 브리징 
섬네일|세 개의 네트워크 모듈(총 36개의 이더넷 포트)과 하나의 전원 공급 장치를 갖춘 모듈형 네트워크 스위치
alt=관리 기능이 없는 5포트 레이어 2 스위치|섬네일|관리 기능이 없는 5포트 레이어 2 스위치

현대 상업용 스위치는 주로 이더넷 인터페이스를 사용한다. 이더넷 스위치의 핵심 기능은 여러 개의 레이어 2 브리징 포트를 제공하는 것이다. 레이어 1 기능은 상위 계층을 지원하기 위해 모든 스위치에 필요하다. 많은 스위치는 다른 계층에서도 작업을 수행한다. 브리징 이상의 기능을 수행할 수 있는 장치를 멀티레이어 스위치라고 한다.

레이어 2 네트워크 장치는 하드웨어 주소(MAC 주소)를 사용하여 데이터 링크 계층 (레이어 2)에서 데이터를 처리하고 전달하는 다중 포트 장치이다.

네트워크 브리지로 작동하는 스위치는 그렇지 않으면 분리된 레이어 2 네트워크를 상호 연결할 수 있다. 브리지는 각 연결된 장치의 MAC 주소를 학습하여 이 데이터를 MAC 주소를 포트에 매핑하는 테이블에 저장한다. 이 테이블은 종종 고속 내용 주소화 기억장치 (CAM)를 사용하여 구현되며, 일부 공급업체는 MAC 주소 테이블을 CAM 테이블이라고 부른다.

브리지는 또한 수신 패킷을 버퍼링하고 전송 속도를 송신 포트의 속도에 맞게 조정한다. 스토리지 영역 네트워크와 같이 입력 및 출력 인터페이스가 동일한 대역폭을 갖는 특수 애플리케이션이 있지만, 일반 LAN 애플리케이션에서는 항상 그런 것은 아니다. LAN에서 최종 사용자 액세스에 사용되는 스위치는 일반적으로 낮은 대역폭을 집중시키고 더 높은 대역폭으로 업링크한다.

프레임 시작 부분의 이더넷 헤더에는 전달 결정을 내리는 데 필요한 모든 정보가 포함되어 있으며, 일부 고성능 스위치는 송신자로부터 프레임 페이로드를 수신하는 동안에도 프레임을 대상으로 전달하기 시작할 수 있다. 이러한 컷 스루 스위칭은 스위치를 통한 지연 시간을 크게 줄일 수 있다.

스위치 간 상호 연결은 신장 트리 프로토콜 (STP)을 사용하여 규제될 수 있으며, 이는 링크에서 전달을 비활성화하여 결과 근거리 통신망이 트리가 되고 스위칭 루프가 없도록 한다. 라우터와 달리 신장 트리 브리지는 두 지점 사이에 하나의 활성 경로만 있는 토폴로지를 가져야 한다. 최단 경로 브리징 및 TRILL (Transparent Interconnection of Lots of Links)은 STP의 레이어 2 대안으로, 여러 동일 비용 경로를 가진 모든 경로를 활성화할 수 있다.

 유형 
섬네일|랙 마운트 24포트 쓰리콤 스위치

 폼 팩터 
섬네일|자이젤 ES-105A 5포트 데스크톱 이더넷 스위치. 스위치의 금속 케이스가 열려 내부 전자 부품이 보인다.

스위치는 독립형, 일반적으로 배선실 외부의 가정 또는 사무실 환경에서 사용하도록 의도된 데스크톱 장치, 장비 랙 또는 케이스에서 사용하도록 고안된 랙 마운트 스위치, 산업 환경에서 사용하도록 고안된 DIN 레일 마운트, 그리고 FTTO(fiber to the office) 인프라에서 볼 수 있는 것과 같이 케이블 덕트, 플로어 박스 또는 통신 타워에 장착되는 소형 설치 스위치를 포함하여 다양한 폼 팩터로 제공된다.

랙 마운트 스위치는 독립형 장치, 스택형 스위치 또는 교체 가능한 라인 카드가 있는 대형 섀시 장치일 수 있다.

 구성 옵션 
는 구성 인터페이스나 옵션이 없다. 이들은 플러그 앤 플레이이다. 일반적으로 가장 저렴한 스위치이며, 따라서 소호 (오피스) 환경에서 자주 사용된다. 비관리형 스위치는 데스크톱 또는 랙 마운트형일 수 있다.
관리형 스위치는 스위치 작동을 수정하는 하나 이상의 방법을 가지고 있다. 일반적인 관리 방법은 다음과 같다: 직렬 콘솔, 텔넷 또는 시큐어 셸을 통해 액세스하는 명령줄 인터페이스 (CLI), 원격 콘솔 또는 관리 스테이션에서 관리를 허용하는 내장형 간이 망 관리 프로토콜 (SNMP) 에이전트, 또는 웹 브라우저에서 관리를 위한 웹 인터페이스. 관리형 스위치의 두 가지 하위 클래스는 스마트 스위치와 엔터프라이즈 관리형 스위치이다.
스마트 스위치 (지능형 스위치라고도 함)는 제한된 관리 기능을 가진 관리형 스위치이다. 마찬가지로 웹 관리형 스위치는 비관리형과 관리형 사이의 시장 틈새에 속하는 스위치이다. 완전히 관리되는 스위치보다 훨씬 저렴한 가격으로 웹 인터페이스(일반적으로 CLI 액세스 없음)를 제공하며 VLAN, 포트 대역폭 및 이중통신과 같은 기본 설정을 구성할 수 있다.
엔터프라이즈 관리형 스위치 (관리형 스위치라고도 함)는 CLI, SNMP 에이전트 및 웹 인터페이스를 포함한 모든 관리 기능을 갖추고 있다. 구성 표시, 수정, 백업 및 복원과 같은 구성을 조작하는 추가 기능을 가질 수 있다. 스마트 스위치와 비교할 때 엔터프라이즈 스위치는 사용자 정의하거나 최적화할 수 있는 더 많은 기능을 가지고 있으며 일반적으로 스마트 스위치보다 비싸다. 엔터프라이즈 스위치는 일반적으로 더 많은 수의 스위치와 연결이 있는 네트워크에서 발견되며, 중앙 집중식 관리는 관리 시간과 노력에서 상당한 절약을 제공한다. 스택형 스위치는 엔터프라이즈 관리형 스위치의 한 유형이다.

 일반적인 관리 기능 
섬네일|몇 개의 관리형 디링크 기가비트 이더넷 랙 마운트 스위치가 카테고리 6 패치 케이블을 사용하여 몇 개의 패치 패널의 이더넷 포트에 연결되어 있다(모두 표준 19인치 랙에 설치됨)

 중앙 집중식 구성 관리 및 구성 배포
 포트 활성화 및 비활성화
 링크 대역폭 및 이중통신 설정
 서비스 품질 구성 및 모니터링
 MAC 필터링 및 기타 접근 제어 목록 기능
 신장 트리 프로토콜 (STP) 및 최단 경로 브리징 (SPB) 기능 구성
 장치 및 링크 상태의 간이 망 관리 프로토콜 (SNMP) 모니터링
 트래픽 모니터링 및 문제 해결을 위한 포트 미러링
 더 높은 데이터 전송 속도와 안정성을 달성하기 위해 동일한 연결에 대해 여러 포트를 설정하는 링크 애그리게이션 구성
 IEEE 802.1Q 태깅을 포함한 VLAN 구성 및 포트 할당
 NTP (네트워크 타임 프로토콜) 동기화
 IEEE 802.1X와 같은 네트워크 접근 제어 기능
 LLDP (링크 계층 탐색 프로토콜)
 멀티캐스트 트래픽 제어를 위한 IGMP 스누핑

 트래픽 모니터링 

스위치를 사용하여 브리징되는 트래픽은 보내는 포트와 받는 포트만 트래픽을 볼 수 있으므로 모니터링하기 어렵다.

네트워크 분석가가 트래픽을 모니터링할 수 있도록 특별히 설계된 방법은 다음과 같다:
 포트 미러링—스위치의 목적은 불필요한 네트워크 세그먼트로 트래픽을 전달하지 않는 것이기 때문에 스위치에 연결된 노드는 다른 세그먼트의 트래픽을 모니터링할 수 없다. 포트 미러링은 스위치드 네트워크에서 이 문제를 해결하는 방법이다. 프레임을 주소에 도달할 수 있는 포트로만 전달하는 일반적인 동작 외에도 스위치는 지정된 모니터링 포트로 수신된 프레임을 전달하여 스위치를 통해 볼 수 없는 트래픽을 분석할 수 있도록 한다.
 스위치 모니터링 (SMON)은 RFC 2613에 설명되어 있으며 포트 미러링과 같은 시설을 제어하기 위한 조항이다.
 RMONRemote Network Monitoring Management Information Base , RFC 2819, S. Waldbusser, 2000년 5월
 sFlow

이러한 모니터링 기능은 소비자용 스위치에는 거의 없다. 다른 모니터링 방법으로는 모니터링되는 장치와 스위치 포트 사이에 레이어 1 허브 또는 네트워크 탭을 연결하는 것이 포함된다.

 같이 보기 

 네트워크 어댑터
 네트워크 브리지
 라우터

 각주 

 내용주

분류:이더넷
분류:네트워크 하드웨어