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Network switch

네트워크 스위치(network switch)는 처리 가능한 패킷의 숫자가 큰 것으로, 네트워크 단위 들을 연결하는 통신 장비로서 소규모 통신을 위한 허브보다 전송 속도가 개선된 것이다. 간단히 스위치라고 부르는 경우가 많으며, MAC 브리지, 스위칭 허브(switching hub), 포트 스위칭 허브(port switching hub)라고도 한다.

허브 (Hubs)

허브를 사용하면 네트워크의 컴퓨터가 통신할 수 있습니다. 각 컴퓨터는 이더넷 케이블을 사용하여 허브에 연결되고 한 컴퓨터에서 다른 컴퓨터로 전송되는 정보는 허브를 통과합니다. 허브는 수신되는 정보의 소스 또는 의도한 대상을 식별할 수 없기 때문에 정보를 보내는 컴퓨터를 비롯하여 연결된 모든 컴퓨터에 정보를 보냅니다. 허브는 정보를 주고받을 수 있지만 동시에 수행할 수는 없습니다. 따라서 허브는 스위치보다 느립니다. 허브는 이러한 장치 중에서 가장 간단하고 저렴합니다.

스위치 (Switches)

스위치는 허브와 동일한 방식으로 작동하지만 수신하는 정보의 의도한 대상을 식별할 수 있으므로 정보를 수신하기로 되어 있는 컴퓨터에만 해당 정보를 보냅니다. 스위치는 정보를 동시에 주고받을 수 있으므로 허브보다 빨리 정보를 보낼 수 있습니다. 홈 네트워크에 4대 이상의 컴퓨터가 있거나 컴퓨터 사이에서 많은 정보를 전달해야 하는 작업(예: 네트워크 게임 실행 또는 음악 공유)에 네트워크를 사용하려는 경우 허브 대신에 스위치를 사용해야 할 것입니다. 스위치는 허브보다 약간 더 비쌉니다.

네트워크 스위치는 OSI 모델의 데이터 링크 계층(계층 2)에서 작동한다.(하지만 L3 Switch, L4 Switch도 있다)물리적 포트에 연결된 기기에서 전송된 패킷을 받아 다시 내보내는데 단, 패킷이 도달해야 하는 기기로 이어지는 포트를 통해서만 보낸다. 스위치는 이더넷, 파이버 채널, 비동기 전송 모드(ATM) 및 인피니밴드(InfiniBand) 등을 기반으로 하는데, 현재는 대부분의 스위치가 이더넷을 사용한다.

네트워크 스위치의 작동 원리

기기가 스위치에 연결되면 스위치는 해당 이더넷 케이블에 연결된 기기의 네트워크 인터페이스 카드(NIC)에 내장된 미디어 액세스 제어(MAC) 주소를 확인한다. 스위치는 이 MAC 주소를 사용해 패킷이 발송된 기기와 수신된 패킷을 전달할 위치를 식별한다. 따라서 MAC 주소는 기기에 동적으로 할당되고 변경이 가능한 네트워크 계층(계층 3) IP 주소와 달리 물리적 기기를 식별하는 데 쓰인다.

한 기기가 다른 기기로 패킷을 보내면 패킷이 스위치로 들어오고 스위치는 패킷의 헤더를 읽어 어떻게 처리할지 결정한다. 목적지 주소와 대조해 목적지 기기로 이어지는 적절한 포트를 통해 패킷을 내보낸다.

이 과정에서 스위치와 스위치에 연결된 기기에서 동시에 전송되고 수신되는 네트워크 트래픽 간의 충돌 가능성이 있으므로, 대부분의 스위치는 기기를 오가는 패킷이 스위치 연결의 전체 대역폭에 액세스할 수 있도록 하는 전이중(full-duplex) 기능을 제공한다. 두 사람이 무전기가 아닌 휴대전화를 사용해 대화하는 모습을 떠올리면 쉽게 이해할 수 있다.

한편 대부분의 스위치가 계층 2에서 작동하지만 일부 스위치는 계층 3에서도 작동할 수 있다. 이러한 스위치를 계층 3 스위치라고 하며 가상 LAN(VLAN) 구성과 같은 부가 기능을 제공한다.

스위치 vs 허브

허브 역시 리소스 공유를 목적으로 여러 기기를 하나로 연결할 수 있는데, 허브에 연결된 기기 집단을 LAN 세그먼트라고 한다. 허브가 스위치와 다른 점은 연결된 기기 중 하나에서 전송된 패킷이 허브에 연결된 모든 기기로 브로드캐스팅된다는 점이다.

반면 스위치는 패킷의 목적지 주소로 지정된 기기로 이어지는 포트로만 패킷이 전달된다. 또한 스위치는 일반적으로 LAN 세그먼트와 세그먼트에 연결된 허브를 연결한다. 스위치는 동일한 LAN 세그먼트의 기기를 향하는 트래픽을 걸러낸다. 이런 기능 덕분에 스위치는 자체 프로세싱 리소스와 네트워크 대역폭을 더 효율적으로 활용한다.

스위치 vs 라우터

스위치를 라우터와 혼동하는 경우도 종종 있다.

  • 라우터는 네트워크 트래픽 포워딩과 라우팅 기능을 제공하며 라우터라는 이름도 여기에 유래한다. 그러나 이 작업을 수행하는 목적과 위치가 스위치와 다르다.
  • 라우터는 계층 3(네트워크 계층)에서 작동하며 네트워크를 다른 네트워크로 연결하는 데 사용된다.

스위치와 라우터 간의 차이를 쉽게 이해하려면 LAN과 WAN을 생각하면 된다. 기기는 스위치를 통해 로컬로 연결되고 네트워크는 라우터를 통해 다른 네트워크에 연결된다. 패킷이 인터넷에 이르기까지 일반적으로 거치는 경로(예를 들어 기기 > 허브 > 스위치 > 라우터 > 인터넷)를 생각해 보면 이해에 도움이 될 것이다.

물론 스위칭 기능이 라우터 하드웨어에 내장돼 라우터가 스위치 역할까지 하는 경우도 있다. 대표적인 것이 가정용 무선 라우터다. WAN 포트를 통해 광대역 연결을 라우팅하지만 보통 컴퓨터와 텔레비전, 프린터 또는 게임 콘솔을 위한 이더넷 케이블을 연결하는 데 사용되는 부가적인 이더넷 포트도 제공한다. 다른 노트북이나 스마트폰과 같은 네트워크의 다른 기기는 와이파이 라우터를 통해 연결되지만 여전히 LAN을 통해 스위칭 기능을 제공한다. 따라서 라우터는 사실상 스위치이기도 하다. 또한 라우터에 별도의 스위치를 연결해 부가적인 기기에 인터넷과 LAN 액세스를 동시에 제공할 수도 있다.

라우터 (Routers)

라우터를 사용하면 컴퓨터는 서로 통신하고 두 개의 네트워크(예: 홈 네트워크와 인터넷) 사이에 정보를 전달할 수 있습니다. 라우터라는 이름은 네트워크 트래픽을 전송하는 기능에서 비롯되었습니다. 라우터는 유선(이더넷 케이블 사용) 또는 무선일 수 있습니다. 단지 컴퓨터, 허브 및 스위치를 연결하여 제대로 작동하게 해야 하고 모뎀 하나를 사용하여 모든 컴퓨터에서 인터넷에 액세스하려면 라우터나 기본 제공되는 라우터가 있는 모뎀을 사용합니다. 또한 라우터는 일반적으로 방화벽과 같은 기본 제공 보안을 제공합니다. 라우터는 허브 및 스위치보다 비쌉니다.

액세스 지점 (Access points)

기본 스테이션이라고도 하는 액세스 지점은 유선 이더넷 네트워크에 대한 무선 액세스를 제공합니다. 액세스 지점은 허브, 스위치 또는 유선 라우터에 연결되어 무선 신호를 보냅니다. 액세스 지점을 통해 컴퓨터와 장치를 유선 네트워크에 무선으로 연결할 수 있습니다. 액세스 지점은 휴대폰 기지국과 같은 방식으로 작동합니다. 즉, 사용자가 한 위치에서 다른 위치로 이동하면서 네트워크에 무선으로 계속 액세스할 수 있습니다. 공항, 커피숍 또는 호텔에서 공용 무선 네트워크를 사용하여 인터넷에 무선으로 연결하는 경우 일반적으로 액세스 지점을 통해 연결합니다. 무선 기능을 제공하는 라우터가 있는 경우에는 컴퓨터를 무선으로 연결할 때 액세스 지점이 필요하지 않습니다. 액세스 지점에는 인터넷 연결을 공유하는 기본 제공 기술이 없습니다. 인터넷 연결을 공유하려면 라우터나 기본 제공 라우터가 있는 모뎀에 액세스 지점을 연결해야 합니다.

레이어별 스위치

L2 Switch

L3 Switch

L4 Switch

L7 Switch

네트워크 엔지니어 환영의 기술블로그 : L4 스위치 쉽게 이해하기

"Network Infra 쉽게 이해하기/L4 & L7 Network 쉽게 이해하기" 시리즈

  1. Port 쉽게 이해하기 - Easy_to_understand_L4_switch_-_01.pdf (Port Number)
  2. TCP/IP 쉽게 이해하기 - Easy_to_understand_L4_switch_-_02.pdf (TCP/IP)
  3. 서버 부하 분산 쉽게 이해하기 - Easy_to_understand_L4_switch_-_03.pdf
  4. L4 스위치 쉽게 이해하기 #1(L4 스위치의 개요와 역할) - Easy_to_understand_L4_switch_-_04.pdf
  5. L4 스위치 쉽게 이해하기 #2(Traffic Flow) - Easy_to_understand_L4_switch_-_05.pdf
  6. L4 스위치 쉽게 이해하기 #3(NAT) - Easy_to_understand_L4_switch_-_06.pdf (NAT)
  7. L4 스위치 쉽게 이해하기 #4(3-way handshake) - Easy_to_understand_L4_switch_-_07.pdf (TCP)
  8. L4 스위치 쉽게 이해하기 #5(Source IP NAT 문제) - Easy_to_understand_L4_switch_-_08.pdf (NAT)
  9. L4 스위치 쉽게 이해하기 #6(Source IP NAT 문제 해결) - Easy_to_understand_L4_switch_-_09.pdf (NAT)
  10. L4 스위치 쉽게 이해하기 #7(SSL Offload) - Easy_to_understand_L4_switch_-_10.pdf (SSL)
  11. L4 스위치 쉽게 이해하기 #8(Health Check / Connection / Sticky) - Easy_to_understand_L4_switch_-_11.pdf
  12. L4 스위치 쉽게 이해하기 #9(1, 네트워크 구성) - Easy_to_understand_L4_switch_-_12.pdf
  13. L4 스위치 쉽게 이해하기 #9(2, 네트워크 구성 두 번째) - Easy_to_understand_L4_switch_-_13.pdf
  14. L4 스위치 쉽게 이해하기 #10(이중화) - Easy_to_understand_L4_switch_-_14.pdf
  15. L4/L7 로드밸런싱 쉽게 이해하기 - Easy_to_understand_L4_switch_-_15.pdf (L4/L7/Load Balancing)
  16. NAT 쉽게 이해하기 - NAT_easy_to_understand.pdf (NAT)
  17. Source IP NAT 쉽게 이해하기 - Easy_to_understand_L4_switch_-_17.pdf (NAT)
  18. Destination IP NAT 쉽게 이해하기 - Easy_to_understand_L4_switch_-_18.pdf (NAT)
  19. SNMP 쉽게 이해하기 #1 - Easy_to_understand_SNMP_1.pdf (SNMP)
  20. SNMP 쉽게 이해하기 #2 - Easy_to_understand_SNMP_2.pdf (SNMP)

See also

Favorite site

References

  1. Mac_Memo_-_L2_L3_L4_L7_Switch.pdf ↩

  2. L4_Switching_-_Concepts.pdf ↩

  3. Operation_and_service_deployment_considerations_of_L4.pdf ↩

  4. Network_is_Fun_-_Network_device_by_layer.pdf ↩

  5. Mac_Memo_-_Hub_Switch_Router_and_Internet.pdf ↩

  6. MAC_IP_PORT_address_-_cfile23_tistory.pdf ↩