LAN 스위치

대역 공유형 리피터 허브에서는 어떤 하나의 단말이 송신한 프레임은 허브의 모든 포트로 중계된다. 이 때문에 LAN의 트래픽이 증가하면 다른 단말이 송신하는 프레임과 충돌(collision)이 발생하여 응답의 저하를 가져오게 된다. 그래서 통신 대역을 확보하는 간편한 수단으로서 LAN 스위치가 등장했다. LAN 스위치는 프레임을 일단 버퍼 메모리에 축적하여 다른 포트에 전송하기 때문에 LAN의 대역을 각 단말에 점유적으로 할당할 수 있다(그림 1).

LAN 스위치는 MAC 어드레스에 의한 Layer 2 정보를 이용하여 중계 처리를 한다. 중계 처리는 하드웨어에서 실행하므로 저렴하면서도 고속인 망을 제공할 수 있게 한다. 설정 내용이 적고 도입이 용이하다는 장점도 있어 라우터를 대신한 LAN간 접속 장치로서 사용되고 있다. 최근에는 라우터 기능을 하드웨어로 실현하고 고속으로 라우팅 지정 처리를 하는「Layer 3 스위치」도 등장하고 있다.

MAC 어드레스를 학습하여 프레임을 전송

LAN 스위치는 이더넷 프레임내의 MAC 어드레스를 기초로 중계 처리를 실행한다. 프레임의 중계(순방향 처리)기능에 대해서는 국제 표준 규격으로 IEEE 802.1D가 규정되어 있다.

순방향 처리는 크게 나누면 ① 학습 처리, ② 프레임 중계 처리, ③ 갱신 처리 등 3개의 처리로 구성된다(그림 2). 학습처리에서는 단말에서 송신된 프레임내의 송신원 MAC 어드레스를 읽어내어 어떤 단말이 어떤 포트에 접속되고 있는지를「학습 테이블」에 격납하여 관리한다. 학습 테이블은 MAC 어드레스와 포트 번호를 대응시킨 데이터베이스이다.

이어서 프레임 중계 처리에서는 프레임내의 수신처 MAC 어드레스를 읽어 내어 학습 테이블을 검색해서 수신처 단말이 접속된 포트를 추출한다. 해당하는 포트에만 프레임을 송신하고 그 밖의 포트에는 프레임을 송신하지 않는다. 이 때문에 필요없는 트래픽을 줄일 수 있다. 가령 학습 테이블 내에 수신처의 MAC 어드레스가 존재하지 않을 경우에는 모든 포트에 프레임을 중계한다.

갱신 처리에서는 학습한 단말로부터의 송신 프레임을 상시 감시하여 일정 시간에 프레임을 송신하지 않는 단말은 학습 테이블에서 삭제한다. 이것은 단말의 설치 이동이 발생한 경우 등 학습 테이블의 내용을 이동하는 곳의 포트에 다시 바르게 설정하기 위해서이다.

VLAN에서 브로드캐스트 도메인을 분할

LAN 스위치에서는, 브로드캐스트 프레임이나 학습 테이블에 등록되어 있지 않은 단말의 프레임은 모든 포트에 중계한다. 이러한 프레임이 증가하면 대역을 확보하는 것이 곤란해 진다. 따라서 대규모의 망에서는 브로드캐스트 프레임도 증가하게 되기 때문에 브로드캐스트 도메인을 분할할 필요가 있다.

브로드캐스트 도메인을 분할하는 데에는 LAN 스위치의 가상 LAN(VLAN) 기능을 이용하는 방법이 있다. VLAN 기능이란 어떤 룰에 따라서 망을 논리적으로 분할하는 기능이다. 예를 들면 포트 단위, MAC 어드레스 단위, 망 어드레스 단위로 VLAN을 설정할 수 있다. 현재 IEEE 802.1Q에 의해 포트 단위의 VLAN에 대한 표준화가 진행되고 있지만, 실장은 벤더에 따라 다르다.

간단한 용어해설

☞ 브로드캐스트 도메인

브로드캐스트 프레임이 전달되는 범위. 라우터에서는 망 단위, LAN 스위치에서는 가상 LAN 단위가 된다. 중계기 허브에서는 브로드캐스트 도메인을 구분할 수 없다.

☞ 가상 LAN(VLAN)

LAN 스위치에 접속된 LAN 단말을 논리적으로 분할하여 가상적으로 복수의 LAN이 존재하도록 보이는 기능. 또는 VLAN 기능을 이용하여 논리적으로 구성한 LAN. VLAN 사이에서는 브로드캐스트 프레임을 중계하지 않는다.