네트워크 구조 : 데이터 링크 계층 - 스위치 구조

MAC 주소 테이블

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스위치는 더미 허브와는 다르게 목적지 컴퓨터에 선택적으로 데이터를 전송할 수 있다. 이러한 과정에서 데이터 링크 계층에서 붙여진 헤더에 있는 송신측, 수신측 MAC 주소를 사용하게 되는데, 이 과정에서 스위치 내부에 존재하는 MAC 주소 테이블이라는 데이터 베이스가 사용된다.

MAC address table

 MAC 주소 테이블은 위와 같이 스위치에 있는 포트 번호와 해당 포트에 연결되어 있는 컴퓨터의 MAC 주소가 등록되어 있는 데이터베이스이다. 스위치는 이 데이터 베이스에 있는 데이터를 사용하여 데이터를 목적지 컴퓨터에 선택적으로 보낼 수 있게 되는 것이다.

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MAC 주소 학습 기능

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MAC 주소 테이블이 있다 하더라도 스위치의 전원을 킨 상태에는 데이터베이스에 아무 데이터도 등록되어 있지 않다. 또한 네트워크 내의 컴퓨터 연결이 바뀔 수 있기 때문에 스위치는 연결되어 있는 컴퓨터들의 주소를 관리해줄 필요가 있다. 이때 사용되는 기능이 MAC 주소 학습 기능이다.

스위치의 전원을 킨 상태에서는 MAC 주소 테이블에는 아무 주소가 등록되어 있지 않다고 하였다. 이 상태에서 스위치에 연결되어있는 컴퓨터가 프레임을 스위치로 전송하게 되면 스위치는 해당 프레임을 확인하여 송신측 컴퓨터의 MAC 주소를 확인한다. 만약 송신측 MAC 주소가 테이블에 등록되어 있지 않으면 해당 MAC 주소를 포트 번호와 함께 테이블에 등록해주는데, 이러한 기능을 MAC 주소 학습 기능이라고 한다.

연결되어 있는 컴퓨터에서 데이터를 전송할 때 MAC 주소를 학습하는 것이다.

 

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플러딩 / MAC 주소 필터링

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스위치는 송신측 컴퓨터로부터 데이터를 전송 받아 송신측 컴퓨터의 MAC 주소를 학습해서 테이블에 저장하였다. 이제 받은 데이터를 수신측 컴퓨터로 전송해야 하는데 수신측 컴퓨터의 MAC 주소가 테이블에 등록되어있는 경우, 되어있지 않은 경우 2가지로 나눌 수 있다.

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플러딩

-플러딩은 수신하는 컴퓨터의 MAC 주소가 해당 스위치의 MAC 주소 테이블에 등록되어 있지 않은 경우에 사용하는 데이터 전송 방식이다. 송신측에서 스위치로 전달된 패킷에서 MAC 주소를 확인하고, 해당 MAC 주소가 테이블에 등록되어 있지 않으면 송신측 링크를 제외한 모든 링크(연결된 컴퓨터)에 패킷을 전송하는 방식이다.

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MAC 주소 필터링

-수신하는 컴퓨터의 MAC 주소가 스위치의 MAC 주소 테이블에 등록되어 있는 경우에 사용하는 데이터 전송 방식이다. 이와 같이 MAC 주소와 MAC 주소 테이블을 사용하여 목적지를 선택하여 데이터를 전송하는 방법이며, 불필요한 데이터를 네트워크에 전송하지 않게 된다.

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전이중 통신 방식(Full Duplex) / 반이중 통신 방식(Half Duplex)

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네트워크 내의 컴퓨터들은 케이블로 연결되어 데이터를 주고 받는다. 컴퓨터끼리 연결되는 경우에는 크로스 케이블을 사용하여 동시에 데이터를 송신, 수신해도 상관 없지만, 대부분의 컴퓨터들은 허브나 스위치에 연결되어 컴퓨터 끼리의 직접적인 연결은 되어 있지 않다. 이와 같은 경우 데이터를 동시에 송신하게 되면 데이터가 케이블 내에서 충돌할 수 있는데 이와 같은 충돌을 예방하기 위해서 전이중 방식 혹은 반이중 방식을 사용하게 된다.

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반이중 통신 방식 (Half Duplex)

-반이중 통신 방식은 회선 하나를 송신과 수신이 번갈아 사용해가며 데이터를 전송하게 된다. 즉, 회선이 데이터를 전송하는 방향이 정해져 있지 않기 때문에 동시에 데이터를 전송하는 경우 데이터 충돌이 발생할 수 있다. 따라서 동시에 데이터를 전송하는 경우를 막기 위해데이터 전송 시점을 다르게 하여 전송하게 된다. 이러한 방식은 더미 허브에서 주로 사용된다.

전이중 통신 방식(Full Duplex)

-전이중 통신 방식은 하나의 회선에 데이터 전송 방향이 다른 2개의 경로를 따라 데이터를 전송하게 된다. 이렇게 되면 양측에서 동시에 데이터를 전송하게 되더라도 서로 다른 경로를 사용하여 데이터가 이동하기 때문에 데이터 충돌이 발생하지 않게 된다. 이러한 방식은 데이터 전송 시점을 늦추지 않기 때문에 효율이 높으며 스위치에서 사용된다.

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충돌 도메인

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네트워크에서 데이터를 전송할 때 발생하는 충돌로 인해 영향이 미치는 범위를 충돌 도메인이라고 한다. 허브는 반이중 통신 방식으로 동시에 데이터를 전송하여 충돌이 발생하게 되면 네트워크에 연결된 모든 컴퓨터가 영향을 받게 된다. 반면 전이중 통신 방식을 사용하는 스위치는 충돌이 발생하면 해당 컴퓨터에만 영향을 미치게되어 충돌 도메인이 상대적으로 좁다. 충돌이 발생하게 되면 네트워크가 지연되는 범위가 도메인에 따라 다르기 때문에 충돌 도메인은 네트워크 효율에도 중요한 요소이다.