스위치(Switch)

스위치(Switch)

 

스위치(Switch)는 컴퓨터 네트워크에서 여러 대의 컴퓨터를 연결하여 통신할 수 있도록 하는 장비이다.

스위치는 패킷 교환 방식을 사용하여 전송되는 데이터를 목적지 컴퓨터에만 전달하여 네트워크 전송 대역폭을

효율적으로 사용할 수 있다. 허브와 유사하나 허브에 비해 기능이 확장된 장치로, 스위칭 허브(Switching Hub)라고 부르기도 한다.

 

 

스위치는 OSI 7계층 모델에서 2계층인 데이터 링크(Data Link Layer)에서 동작한다.

데이터 링크 계층에서는 물리적인 매체로 연결된 노드들 사시에서 데이터를 주고받을 수 있도록 해주는 역할을 한다.

스위치는 이 계층에서 MAC 주소를 사용하여 네트워크 내부에서 패킷을 전달한다.

 

스위치의 동작 원리는 다음과 같다.

송신자 컴퓨터에서 전송된 데이터는 스위치에 도착하면 목적지 주소를 확인하여 해당하는 포트로만 전달된다.

이렇게 하면 네트워크 대역폭이 낭비되지 않으므로, 더 많은 컴퓨터를 더 높은 대역폭으로 연결할 수 있다.

이를 위해 스위치는 주소 테이블(Address Table)을 유지하고, 이를 기반으로 패킷을 전달한다.

 

이렇게 패킷을 전달하는 방식을 스위칭(Switching)이라고 하며 스위칭 방식에는 다양한 종류가 있다.

 

• Cut-Through Switching:
  Cut-Through 스위칭은 데이터를 목적지로 빠르게 전송하기 위해 에러체크 과정 없이
  시작부분에서부터 전체 데이터 프레임을 처리하지 않고, 프레임의 목적지 MAC 주소만을 읽어 전송하는 방식이다.
  이러한 방식으로 전송 지연 시간이 감소하며, 일부 프레임의 손실이나 오류가 발생하기도 할 수 있다.(신뢰성↓)
  
  

• Store-and-Forward Switching:
  Store-and-Forward 스위칭은 데이터 프레임을 전송하기 전에 전체 프레임을 수신하여 CRC 검사 등의
  오류 검사를 수행한 후, 에러 확인 및 정정을 마친 뒤 목적지의 MAC 주소를 보고 목적지 포트로 전달한다.
  이 방식은 Cut-Through 스위칭보다 전송 지연 시간이 더 오래 소요되지만, 오류 발생 확률이 낮아 안정적이다.
  
  

• Fragment-Free Switching:
  Fragment-Free 스위칭은 Cut-Through 스위칭과 Store-and-Forward 스위칭의 장점을 결합한 방식이다.
  데이터 프레임의 첫 64Byte 까지의 데이터를 저장 후 검사하여 헤더의 에러를 체크한 뒤 전송한다.
  이 방식은 전송 지연 시간이 짧으면서도 프레임 간의 충돌을 방지한다.
  
  
• Adaptive Switching:
  Adaptive 스위칭은 네트워크의 상황에 따라 Cut-Through 스위칭과 Store-and-Foward 스위칭을 적절히 조합하여
  사용하는 방식이다. 이방식은 네트워크의 상황에 따라 최적의 전송 방식을 선택하여 전송 지연 시간을 최소화하며
  안정적인 데이터 전송을 가능하게 한다.
  
  

스위치는 또한 가상 LAN(VLAN)기능을 지원하여 네트워크 분할을 할 수 있다.

VLAN(Virtual Local Area Network)

 

스위치는 일반적으로 여러 개의 포트를 가지고 있다.

이 포트는 RJ-45 등의 커넥터를 통해 컴퓨터나 다른 네트워크 장비와 연결된다.

스위치는 흔히 이더넷(Ethernet)이나 패킷 교환망(Packet Swiched Network)에서 사용된다.

 

전이중(Full-Duplex) 통신 방식으로 노드의 수가 증가하거나 노드 간의 통신이 증가해도 전체 데이터의 

성능 부하를 발생시키지 않는다.

 

스위치는 허브(Hub)보다 전송 속도가 빠르며, 패킷 감청이 안되는 보안 기능도 더욱 강화되어 있다.

또한 스위치는 Quality of Service(QoS) 기능을 제공한다.

 

QoS는 네트워크에서 특정 데이터 패킷에 우선순위(Priority)를 부여하여 전송하는 기능을 말한다.

이 기능을 통해, 시스템에서 우선순위가 높은 트래픽에 대한 대역폭 할당이 가능해져서,

특정 어플리케이션들의 성능을 개선하거나, 더 적은 양의 대역폭으로도 더 많은 양의 트래픽을 전송할 수 있게 된다.

 

■ 루핑(Looping)

스위치에서 발생하는 루핑(Looping)은 네트워크에서 데이터가 끝없이 다시 돌아오는 상황을 의미한다.(Loop)
스위치가 여러 개 있을 때, 각 스위치의 포트가 잘못 연결되거나 네트워크에 루프가 생길 경우 발생할 수 있다.
이 경우 데이터가 루프를 계속 돌며 대역폭을 점유하고 네트워크 전체의 성능을 저하시키는 원인이 된다.

스위치에서 루핑이 발생하면, 스위치는 Broadcast 도메인 안에서 프레임을 계속해서 전송한다.
이를 방지하기 위해서는 스위치에서 Spanning Tree Protocol(STP)를 사용하여 루핑을 방지할 수 있다.
STP는 네트워크 토폴로지를 분석하여 불필요한 루프를 차단하고, 이를 통해 네트워크의 안정성과 가용성을
높일 수 있다.

 

스위치는 오늘날 대부분의 네트워크에서 중요한 역할을 수행하며, 네트워크 구성시 반드시 고려해야 하는 중요한 요소 중 하나이다.

 

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#Ref.

Switching modes: Store-and-Forward vs Cut-Through