트랜스패런트 브리징

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뚱보프로그래머입니다.

오늘은 트랜스패런트 브리징 입니다

이더넷 스위치 관련 표준인 IEEE 802.1D에는 트랜스패런트 브리징과 래피드 스패닝 트리 프로토콜 (RSTP, rapid spanning tree protocol)이 정의되어 있다. 트랜스패런트 브리징은 이더넷 스위치가 프레임을 수신하여 목적지로 전송하는 방식과 절차를 정의한다.

스위치가 수신한 이더넷 프레임을 참조하여 MAC 주소 테이블을 생성 및 갱신하고, 목적지로 전송할 때 사용하는 프로토콜을 트랜스패런트 브리징(tansparent bridging)이라고 한다.

통신에서 '트랜스패런트(투명한)' 라는 용어가 자주 나오는데, 보통 '사용자가 의식하지 못하게 자동으로 동작한다'는 의미로 사용된다. 트랜스패런트 브리징은 RSTP와 더블어 IEEE 802.1D를 구성하며, 이 두가지가 레이어 2 스위칭의 핵심 구성요서이다.

스위치가 MAC 주소 테이블을 만들고, 이것을 참조하여 수신 프렘임을 목적지로 전송하는 트랜스패런트 브리징에 대해서 자세히 알아보자.

- 트랜스패런트 브리징 절차

스위치가 트랜스패런트 브리징을 수행하는 절차는 다음과 같다.

1) 스위치가 인터페이스를 통하여 이더넷 프레임을 수신한다.

2) 이더넷 프레임의 출발지 MAC 주소를 읽는다.

* MAC 주소 테이블에 해당 출발지 MAC 주소가 없으면 수신 포트번호와 출발지 MAC 주소를 기록한다. 이것을 학습(learning) 과정이라고 한다.

* MAC 주소 테이블에 해당 주소가 이씅면 에이징 타이머(aging timer)를 초기화시킨다. 스위치가 MAC 주소를 MAC 조수 테이블에 기록할 때 항상 타이머도 동시에 설정한다. 기본적으로 5분이 경과하면 해당 MAC 주소를 테이블에서 제거한다.

이렇게 타이머를 설정하고, 동일 MAC 주소를 가진 프레임을 수신할 때마다 타이머를 초기화하고, 정해진 시간동안 해당 프레임의 활동이 없으면 MAC 주솔 테이블에서 제거하는 과정을 에이징(aging)이라고 한다.

3) 이더넷 프레임의 목적지 MAC 주소를 읽는다.

* 목적지 MAC 주소가 브로드캐스트 주소이거나, MAC 주소 테이블에 없는 유니캐스트(unknown unicast) 또는 멀티캐스트 주소이며 수신 포트를 제외하고 동일한 VLAN에 속하는 모든 포트로 다 전송한다. 이 과정을 플러딩(flooding)이라고 한다.

다음 그림에서 허브와 연결된 포트에서 P2가 P1에게 프렘임을 송신하는 경우를 생각해 보자. 프렘임을 수신한 허브는 모든 포트로 플러딩시키므로 스위치에게도 전송된다. 스위치가 포트 F0/1을 통해서 프레임을 수신하면 목적지인 P1의 MAC 주소도 동일한 포트 F0/1을 통해서 프렘을 수신하면 목적지인 P1의 MAC 주소도 동일한 포트 F0/1에 속해 있으므로 이 프레임을 다른 포트로 전송할 필요가 없다. 따라서, 스위치는 이 프레임을 차단한다.

목적지 MAC 주소로 가는 포트와 수신포트가 동일하면 해당 프레임을 차단한다.

 

* 목적지 주소가 MAC 주소 테이블에 존재하고, 목적지 MAC 주소로 가는 포트가 프레임의 수신 포트와 동일하지 않은 유니캐스트 프레임을 수신하면 목적지 포트로 프레임을 전송한다. 이 과정을 포워딩(forwarding)이라고 한다. 이상에서 설명한 러닐, 에이징, 플러딩, 필터링 및 포워딩 과정이 모두 합쳐져 트랜스패런트 브리징 기능을 수행한다.

- 단일 스위치에서의 트랜스패런트 브리징

다음 그림과 같은 네트워크에서 스위치가 트랜스패런트 브리징을 하는 과정을 살펴보자

단일 스위치에서의 트랜스패런트 브리징 확인을 위한 네트워크

 

1) 처음에는 스위치의 MAC 주소 테이블이 비어있다. 동적인 MAC 주소 테이블을 확인하려면 show mac address-table dynamic 명령어를 사용한다.

초기 MAC 주소 테이블은 비어있다.

실제로는 앞의 결과와 다르게 MAC 주소 테이블에 R1,R2, SW1의 MAC 주소가 보일 것이다. 그 이유는 R1, R2가 CDP 프레임을 1분마다 전송하고, SW2도 2초마다 BPDU 전송하기 때문이다. 비어있는 MAC 주소 테이블을 보려면 clear mac address-table dynamic 명령어를 사용하여 테이블을 비우고, 바로 show mac address-table dynamic 명령어로 확인하면 된다.

2) R1 (MAC:0000.0000.0001)이 R2 (MAC:0000.0000.0002)가 목적지인 프레임을 전송한다. 예를 들어, R1에서 R2의 IP 주소인 1.1.1.2로 핑을 하면 된다. R1은 자신의 ARP 테이블에 IP 주소가 1.1.1.2인 장비의 MAC 주소가 없기 때문에 이를 알아내기 위하여 목적지 IP 주소가 255.255.255.255로 설정된 브로드캐스트 패킷을 전송한다.

IP 주소가 브로드캐스트이면 이를 실어나르는 이더넷 프레임의 목적지 MAC 주소도 브로드캐스트 주소인 FFFF.FFFF.FFFF로 설정된다.

인터페이스 F1/0/1을 통하여 이 프레임을 수신한 스위치는 출발지 MAC 주소를 확인한다. MAC 주소가 0000.0000.0001인 장비 (R1)가 인터페이스 F1/0/1을 통하여 연결될 수 있음을 알게 되고, 이것을 MAC 주소 테이블에 기록한다.