[네트워크] 스위치의 종류 - Layer별 특징

스위치란?

: 로컬 홈 네트워크와 같은 네트워크 내의 장치 간 통신을 허용하는 네트워크 하드웨어 장치

- 허브의 확장된 개념으로, 허브는 하나의 디바이스에서 전송된 패킷이 허브에 연결된 모든 기기로 브로드캐스팅 시키는 반면, 스위치는 패킷의 목적지 주소로 지정된 디바이스로 이어지는 포트(Port)로만 패킷이 전달됨.

출처 : https://github.com/im-d-team/Dev-Docs/blob/master/Network/Switch.md

- 전이중 통신방식(Full-Duplex)를 지원하여 송수신이 동시로 가능하며 훨씬 향상된 속도를 제공함.

- 스위치는 자기와 연결된 디바이스들의 MAC 주소와 포트가 기록된 MAC 주소 테이블(MAC Address Table)을 보유하고 있음.

- 패킷의 목적지 주소를 기준으로 보내는 곳과 받는 곳을 계산하여 해당 포트로 1대1로 연결함(=>스위칭)

- 정보 전달의 수단과 회선의 효율적 운용을 위해 스위치는 입/출력 상태를 감시하며, 전송로에서의 장애 발생 시 현재 상태에서 예비 상태로 전환함.

- 두 개의 노드(Node)가 통신을 하는 동안 다른 노드들도 서로간의 통신이 동시에 가능하며, 이더넷에서 높은 효율을 가짐.

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스위치는 Layer(계층)별로 기능이 조금씩 다르다. 계층이 증가할수록 하단 계층의 스위치 기능을 모두 사용 가능하며 기능이 추가된다.

 

스위치 Layer(계층)별 특징

• L1 스위치 - 허브(더미 허브)
  - 랜선으로 허브와 연결되어 있는 모든 디바이스(모든 포트)에 데이터를 전부 전달한다.
  마치 교실에서 반장이 누구를 지목하지 않고 "얘들아! 조용히좀 해!" 라고 소리치는 것과 같은 방식이다.
  - 하나의 대역폭을 가지고 나눠 사용하는 방식이기 때문에, 네트워크에 연결된 노드들이 많아질수록 송수신 속도가 급격하게 하락한다.
  
  
  
• L2 스위치 - 스위칭 허브
  - MAC을 기반으로 이더넷 영역에서 동작하고, 이때 연결되는 디바이스들의 IP는 알 수 없다.
    따라서 라우팅 기능이 제외된 장비이다.
  - 가장 흔히 볼 수 있는 스위칭 방식으로, 구조가 간단하고 신뢰성이 높으며, 다른 방식에 비해 저렴함.
  - Broadcast 패킷에 의해 성능 저하가 발생할 수 있음.
    => VLAN으로 Broadcast 패킷으로 인한 성능 저하 보완.
  ▶ VALN(가상랜) : 호스트의 물리적인 위치에 상관없이 포트를 기반으로 네트워크를 가상으로 구분한 논리적인 그룹. 하나의 네트워크를 여러 브로드캐스트 도메인으로 나누거나 통합하여 네트워크를 그룹 형태로 구분하여 관리 가능.
  - 일반 네트워크 영역으로 많이 사용.
  - 동작 원리)
  ① 다른 스위치와 마찬가지로 프로세서, 메모리, 펌웨어가 담겨 있는 플래시 롬(Flash Rom)으로 구성되어 있음.
  ② 부팅이 되면 L2 스위치는 각 포트별로 연결 되어 있는 노드의 상태를 확인.
  ③ 각 노드의 MAC 주소를 알아내서 메모리에 적재하고, 패킷이 전달될 때 이 정보를 바탕으로 스위칭.
  ④ 스위치의 운영체제가 적재되거나 스위칭을 할 때 각 포트의 주소 정보가 저장됨.
  ⑤ 스위칭 허브를 선택할 때 스위칭 허브가 얼마만큼의 메모리와 어느 정도의 주소 테이블을 저장할 수 있는 지 확인.
  ⑥ 보통의 스위치는 메모리 용량 이상의 주소가 저장된 경우, 스위칭 기능이 중지되며 더미 허브와 같은 방식으로 동작.
  
  
  
• L3 스위치 - L2 + 라우팅 기능
  - IP를 기반으로 네트워크 패킷의 라우팅이 가능함.
  => "라우터와의 차이는?"
      라우터는 소프트웨어적인 방법으로 라우팅을 수행하여 속도가 상대적으로 느림.
      모든 프로토콜을 지원하지만, 장비 가격이 상대적으로 비쌈.
      L3 스위치는 기존의 스위치에서 발전된 형태로, 하드웨어적인 방법으로 라우팅을 수행하여 속도가
      상대적으로 빠르고, IP 프로토콜 및 RIP 1,2, OSPF 등의 일부 라우팅 프로토콜만 지원.
       장비 가격이 상대적으로 저렴.
  - Broadcast 트래픽으로 전체 성능 저하를 방지.
  - 트래픽 체크, *Inter-VLAN Routing 등의 부가 기능 제공.
  ▶ *Inter-VLAN Routing : VLAN 간의 Routing을 통하여 서로 다른 VLAN 간의 통신이 가능하게끔 하는 기술.
  - *QoS(Quality of Service), **멀티캐스트 통신 등의 기능 지원.
  ▶ *QoS : 일반적인 네트워크 환경에서 트래픽이 폭주할 경우, 사용자의 데이터가 자동적으로 유실되는 현상이 발생하는데, 이 기능을 지원하는 스위치는 중요한 데이터의 우선순위를 정하여 데이터의 유실을 막고, 패킷마다 차등화된 대역폭을 제공하여 전송 지연을 방지.
  ▶ **멀티캐스트 통신 : 필요로 하는 호스트들에게만 패킷을 전송하기 때문에, 불필요한 패킷으로 과부하 현상을 막는 기능.
  - 미러링 및 라우팅 영역으로 많이 사용.
  - 동작원리)
  ① 부팅 시, 각 포트로 연결된 노드의 상태를 확인 후, 노드의 주소를 테이블의 메모리에 적재하여 패킷이 전달될 때 이 정보를 바탕으로 스위칭.
  ② L3는 L2에 비해 고급 기능을 지원하기 때문에 L2는 일부 고급 기종에서만 스위치에 IP 주소를 할당할 수 있지만, L3는 기본적으로 스위치에 IP 주소를 할당하는 기능이 탑재되어 있음.
  ③ 각 포트별 IP 주소 할당 내역 등을 설정하여 스위칭을 할 때 설정된 값을 이용. 즉, 기본 설정 모드를 지원.
  
  
  
• L4 스위치 - L3 + 로드밸런싱 기능
  - TCP/IP 및 세션(Session)을 기반으로 네트워크 패킷의 라우팅 및 로드밸런싱이 가능.
  - TCP, UDP 등의 헤더(Header)를 보고 FTP, HTTP, SMTP 등의 프로토콜을 확인하여 스위칭의 우선순위를 판단 가능.
  - 로드밸런싱 방식)
     Hash : Client와 Server 간 연동시, 한 번 연결된 Session에 대해 계속적으로 유지해주는 방식.
     Round Robin : 연동된 서버들에 순차적으로 분산하는 방식.
     Least Connection : 연동된 서버의 세션수를 확인하여, 가장 적은 Session이 연결된 서버로 분산하는 방식.
     Response Time : 연동된 서버의 응답 시간을 기준으로, 응답이 빠른 서버로 우선 분배하는 방식.
  - WEB/WAS를 이중화 하거나, 다중화 할 때 주로 사용.
  
  
  
• L7 스위치 - L4 + Application 기능
  - TCP/IP 와 URL을 포함하고, 전 계층의 기능을 모두 사용할 수 있는 네트워크 스위치.
  - 불필요한 트래픽을 차단하고, 네트워크의 침입에 대한 부분에 한하여 설정 또한 가능.
  - 패킷을 분석하여 어떤 데이터인지까지 알아낼 수 있어, 웹 방화벽 및 보안 스위치에 사용.
  
  

 

 

참고

https://coconuts.tistory.com/265

[네트워크] 스위치(Switch) - L2, L3, L4 스위치 - L7 스위치

https://holics1226.tistory.com/161#gsc.tab=0

네트워크 스위치 종류 와 간단 설명 (L2, L3, L4, L7 스위치 = Layer 계층 별 스위치)

https://nhj12311.tistory.com/75

네트워크 스위치 종류(L2, L3, L4, L7 개념) 정리