5. 링크 계층 3

링크 계층 스위치

• 스위치의 역할
  • 들어오는 링크 계층 프레임을 수신해서 출력 링크로 전달하는 것.
  • collision domain을 분리시켜 주는 것. (위 왼쪽 그림은 5개의 호스트가 collision domain에 있으나, 오른쪽 그림은 한 호스트에 한 domain으로 분리되어 있어 collision이 일어나지 않음.)
• 호스트/라우터는 프레임을 스위치가 아닌 다른 호스트/라우터를 목적지로 해서 랜상으로 보내며, 중간에 스위치가 프레임을 받아서 다른 노드에게 전달하는 것을 알지 못함.
• 플러그 앤 플레이 장치: 네트워크 관리자나 사용자의 개입을 요구하지 않음.

 

전달 및 여과

• 스위치의 기능
  • 여과filtering:  프레임을 인터페이스로 전달할지 또는 폐기할지 결정하는 기능.
  • 전달forwarding: 프레임이 전달될 인터페이스를 결정하고 프레임을 해당 인터페이스로 내보내는 기능.
• 스위치의 여과와 전달은 스위치 테이블을 이용함.
  • 스위치 테이블에는 일부 노드에 대한 엔트리가 포함되어 있음.
  • 스위치 테이블에는 MAC 주소, 해당 MAC로 가게 하는 스위치 인터페이스, 해당 엔트리가 테이블에 만들어진 시점에 대한 정보가 들어 있음.
• 예시
  • 목적지 주소 DD-DD-DD-DD-DD-DD-DD-DD를 가진 프레임이 스위치의 인터페이스 x에 도착했다고 가정.
  • 테이블에 DD-DD-DD-DD-DD-DD-DD-DD의 엔트리가 없는 경우
    • 프레임의 복사본을 인터페이스 x를 제외한 모든 인터페이스의 앞에 있는 출력 버퍼로 전달 (프레임 브로드캐스팅)
  • 테이블에 DD-DD-DD-DD-DD-DD-DD-DD 인터페이스 y != x 와 연관된 엔트리가 있는 경우
    • 프레임은 인터페이스 y앞에 있는 출력 버퍼에 프레임을 넣음으로서 전달 기능 수행.

 

자가 학습

• 자가학습: 스위치가 자신의 테이블을 자동으로, 동적으로, 자치적으로, 프로토콜의 개입 없이 구축하는 특성.
• 자가학습의 과정
  1. 초기에 스위치 테이블이 비어있음.
  2. 인터페이스로 수신한 각 프레임에 대해 스위치는 아래 정보를 기록함.
     • 프레임의 출발 주소 필드에 있는 MAC 주소
     • 프레임이 도착한 인터페이스
     • 현재 시간
  3. 이런 식으로 테이블에 송신 노드가 상주하는 랜 세그먼트를 기록함.
  4. 랜에 있는 모든 호스트가 프레임을 송신하면, 결국 모든 호스트에 대한 정보가 테이블에 기록됨.

 

스위치 대 라우터

• 라우터
  • 네트워크 계층 주소를 사용해서 패킷을 전달하는 store-and-forward 패킷 스위치
  • 3계층 패킷 스위치
  • 장점
    • 네트워크에 중복된 경로가 있어도 패킷이 순환하지 않음.
    • 출발지와 목적지 간의 최상의 경로를 사용할 수 있음.
    • 브로드캐스팅 폭주에 대비한 방화벽 보호 기능 있음.
  • 단점
    • 플러그 앤 플레이가 아님.
• 스위치
  • MAC 주소를 사용해서 패킷을 전달하는 store-and-forward 패킷 스위치
  • 2계층 패킷 스위치
  • 장점
    • 플러그 앤 플레이 장치임.
    • 라우터는 3계층까지 프레임을 처리해야 하는 반면 스위치는 2계층까지만 프레임을 처리하면 되므로 높은 패킷 여과 및 전달률을 가짐.
  • 단점
    • 한 호스트가 문제가 생겨 브로드캐스팅 폭주 시 대비할 수 없음.
    • 프레임이 순환할 수 있음.
• 라우터를 사용하는게 더 좋은 경우: 수천개의 호스트로 구성된 큰 네트워크
  • 트래픽을 좀 더 확실하게 격리시킴
  • 브로드캐스팅 폭주를 제어하 
  • 네트워크 내 호스트들 사이에 더 좋은 경로를 제공함.
• 스위치를 사용하는게 더 좋은 경우: 수백개의 호스트로 구성된 작은 네트워크
  • 작은 네트워크는 트래픽이 지역적으로 제한되어 있음.
  • IP 주소의 구성을 요구하지 않음
  • 총 처리율을 증가시킴.
   

6.6 데이터 센터 네트워킹

• 구글, 마이크로소프트, 페이스북, 아마존과 같은 기업들은 수십만대의 호스트를 지원하고 동시에 여러 종류의 다양한 클라우드 애플리케이션들을 지원하는 대규모 데이터 센터를 구축하고 있음.
• 데이터 센터는 호스트들 간 상호 연결 및 데이터 센터와 인터넷 간 상호 연결을 위해 자체 데이터 네트워크를 갖고 있음.
• 위 그림과 같이 계층화된 여러 스위치와 부하 균등기Load balancer를 사용하여 데이터 센터를 네트워킹 하고 있음.