스위치(Switch)와 MAC 주소 학습 기능

1. 스위치

OSI 모델의 2계층인 데이터 링크 계층에서 동작하는 스위치는 레이어 2 스위치 또는 스위칭 허브라고도 불린다. 스위치는 허브와 외관상 크게 차이가 나지는 않아, 외형만으로는 구별하기가 힘들다. 스위치는 컴퓨터, 프린터, 서버 등의 다양한 네트워크 장치들을 연결하며 이들 간의 통신을 가능하게 하는 장비며 허브와는 다른 똑똑한 기능을 가지고 있다.

 

 

2. 스위치의 기능 ' MAC 주소 테이블(Mac Address table)'

MAC 주소 테이블

• 스위치 내부에는 MAC 주소 테이블이 있다.
• MAC 주소 테이블은 스위치의 포트 번호와 해당 포트에 연결되어 있는 컴퓨터의 MAC 주소가 등록되는 데이터베이스다.
• 컴퓨터에서 목적지 MAC 주소가 추가된 프레임이 스위치로 전송되면 MAC 주소 테이블을 확인하여 아직 등록되지 않은 출발지 MAC 주소라면 MAC 주소를 컴퓨터가 연결된 포트와 함께 등록한다. 이를 MAC 주소 학습 기능이라고 한다.
• 스위치는 MAC 주소 테이블에 있는 항목들에 대하여 타임아웃 메커니즘을 적용한다. 특정 MAC 주소와 포트 정보가 일정 시간 동안(보통 5~10분이라 한다.) 사용되지 않을 경우, 해당 항목은 테이블에서 삭제된다. (이 타임아웃 주기는 스위치의 설정에 따라 조정이 가능하다.)
• 삭제된 장치가 다시 연결되어 데이터를 전송하면, 스위치는 다시 그 MAC 주소를 테이블에 추가하는 것이다.

 

 

3. MAC 주소 학습 기능 작동 원리

스위치에 총 5대의 컴퓨터가 랜선을 통해 연결되어 있다. 스위치 전원은 켜져 있으나 네트워크 상의 어떤 컴퓨터도 데이터를 전송하지 않은 상태이기 떄문에 초기 MAC 주소 테이블은 비어 있다.

 

컴퓨터 1이 컴퓨터 3으로 데이터(프레임)를 전송한다. 스위치 내 주소 테이블 확인 결과, 컴퓨터 1의 주소(=출발지 MAC 주소)가 등록되어 있지 않은 상태다. 그러니 컴퓨터 1의 MAC 주소를 연결된 포트와 함께 주소 테이블에 등록한다.

 

하지만 아직 목적지인 컴퓨터 3의 MAC 주소가 등록되어 있지 않은 상태이다. 이 경우, 스위치는 해당 프레임을 프레임이 들어온 포트를 제외하고 나머지 모든 포트로 전송한다. (브로드캐스트 방식) 즉, 컴퓨터 3뿐만이 아니라 컴퓨터 2,4,5에게도 프레임이 전송되는 것이다. 이러한 데이터 전송을 플러딩(flooding)이라고 한다. 이때, 프레임의 목적지 MAC 주소가 자신의 MAC 주소와 일치하는 컴퓨터 3의 경우 해당 프레임을 처리하나, 나머지 컴퓨터들은 주소가 일치하지 않으니 해당 프레임을 무시하고 폐기한다.

 

 

그렇다면, 만약 프레임의 목적지 MAC 주소인 컴퓨터 3의 MAC 주소가 테이블에 등록되어 있었다면 어떻게 될까?

스위치 테이블에 컴퓨터 3의 MAC 주소가 등록되어 있다면, 컴퓨터 2, 4, 5에는 데이터가 전송되지 않고 목적지인 컴퓨터 3에만 데이터가 전송된다. 이처럼 MAC 주소를 기준으로 목적지를 선택하는 것을 MAC 주소 필터링이라고 한다. 덕분에 불필요한 데이터를 네트워크에 전송하지 않게 되는 것.

 

 

 

 

 

참고

책: 10일만에 배우는 네트워크 기초, 모두의 네트워크 | 미즈구치 카츠야 | 이승룡 옮김

 

사진출처

허브: http://wiki.hash.kr/index.php/%ED%97%88%EB%B8%8C

스위치: https://www.netgear.com/uk/business/wired/switches/unmanaged/gs348/