네트워크에서 데이터가 효율적으로 전달되기 위해서는 단순히 연결만 해주는 장치가 아닌, 데이터를 ‘필요한 곳에만’ 전달해주는 장치가 필요합니다. 허브(Hub)는 단순히 모든 포트로 데이터를 뿌리는 방식이라 충돌(collision) 문제를 안고 있었지만, 스위치(Switch)의 등장으로 이러한 문제를 해결할 수 있게 되었습니다.
1. 허브의 한계와 스위치의 필요성
허브는 물리 계층(1계층) 장비로, 수신한 데이터를 단순히 연결된 모든 포트로 재전송합니다. 이 때문에 네트워크에 불필요한 트래픽이 발생하고, 동시에 전송할 경우 충돌이 생겨 성능이 떨어집니다.
이를 해결하기 위해 등장한 장비가 바로 스위치입니다. 스위치는 데이터 링크 계층(2계층)에서 동작하며, 특정 MAC 주소를 가진 호스트에게만 프레임을 전달할 수 있습니다. 즉, 허브와 달리 불필요한 브로드캐스트를 줄이고 전송 효율을 높여줍니다.
2. 스위치의 MAC 주소 학습 기능 (MAC Address Learning)
스위치가 똑똑하게 동작할 수 있는 이유는 바로 MAC 주소 학습 기능 덕분입니다.
- 스위치는 특정 포트와 연결된 호스트의 MAC 주소를 기억합니다.
- 이를 통해 원하는 목적지 호스트가 연결된 포트로만 데이터를 내보냅니다.
- 내부적으로는 MAC 주소 테이블(MAC Address Table)을 유지하면서, 포트와 MAC 주소의 매핑 관계를 관리합니다.
예시:
호스트 A가 데이터를 전송하면 스위치는 송신자의 MAC 주소를 학습하여 테이블에 기록합니다. 이후 호스트 C로 데이터를 전송할 때, 불필요하게 B나 D에게 데이터를 보내지 않고, C가 연결된 포트로만 데이터를 포워딩(Forwarding)합니다.
3. MAC 주소 학습과 에이징(Aging)
스위치의 MAC 주소 테이블은 영구적으로 유지되지 않습니다.
- 일정 시간 동안 해당 포트에서 프레임을 받지 못하면, 그 항목은 삭제됩니다.
- 이를 **에이징(Aging)**이라고 하며, 동적 네트워크 환경에서 테이블이 최신 상태를 유지하도록 합니다.
4. 스위치에서의 브로드캐스트
스위치는 기본적으로 목적지 MAC 주소를 알고 있는 경우 해당 포트로만 데이터를 보냅니다. 그러나 목적지 MAC 주소를 모르는 경우에는 네트워크 내 모든 포트로 데이터를 전달합니다. 이를 **브로드캐스트(Broadcast)**라고 합니다.
예를 들어 개발부에서 보낸 공지 메시지가 스위치를 통해 같은 VLAN에 속한 모든 PC로 전송되는 경우가 이에 해당합니다. 다만, VLAN을 이용하면 브로드캐스트 도메인을 분리하여 부서별로 나눌 수 있습니다.
1️⃣ 브로드캐스트 문제
- 스위치가 처음 켜졌을 때 MAC 주소 테이블이 비어 있음
- 목적지를 몰라 모든 포트로 전송(Flooding → 사실상 브로드캐스트처럼 동작
2️⃣ MAC 주소 학습
- 프레임을 수신하며 송신자의 MAC 주소를 테이블에 기록
- 이후에는 목적지 포트만 찾아서 전달
3️⃣ 브로드캐스트 문제를 해결하는 두 가지 방법
1) 포트 기반 VLAN 분리
- 스위치의 포트를 VLAN 단위로 묶어서, 서로 다른 VLAN 간에는 브로드캐스트가 전달되지 않도록 차단
- 예: 개발부 VLAN1, 총무부 VLAN2 → 개발부 브로드캐스트는 총무부에 도달하지 않음
2) MAC 주소 기반 분리 (MAC Address Learning)
- VLAN이 아니더라도 스위치는 MAC 주소를 학습하여 특정 호스트가 어느 포트에 있는지 기억
- 목적지 MAC 주소가 테이블에 있으면 해당 포트로만 전달 (필터링 & 포워딩)
- 테이블에 없을 때만 플러딩 발생
5. 스위치의 주요 기능
스위치가 제공하는 대표적인 기능은 크게 두 가지입니다.
1️⃣ MAC 주소 학습 기능
- 전달받은 신호를 원하는 포트로만 내보냄
- 충돌 도메인을 포트 단위로 분리 → 충돌 위험 감소
2️⃣ VLAN 기능
- 하나의 스위치를 논리적으로 여러 개의 LAN으로 나누어 관리 가능
- 부서별, 팀별 네트워크 분리 및 보안 강화
정리하면
스위치는 허브의 한계를 극복한 대표적인 2계층 네트워크 장비입니다.
- MAC 주소 학습을 통해 효율적으로 데이터를 전달
- 불필요한 충돌을 줄이고 네트워크 성능을 향상
- VLAN을 통한 논리적 네트워크 분리 가능
즉, 오늘날의 LAN 환경에서 스위치는 필수적인 핵심 장비라 할 수 있습니다.
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