[네트워크 입문] 스위치(Switch)의 등장배경, 개념과 역할

“📖 해당 내용은  『풍부한 그림과 사진으로 배우는 네트워크 쉽게, 더 쉽게』(저자: 미카미 노부오 저자)을 참고하여 작성하였다.”

 

스위치의 등장과 네트워크 환경 변화

기존의 리피터 허브(Repeater Hub)는 네트워크 데이터를 단순 중계하는 방식으로 동작했지만, 데이터 충돌(콜리전) 문제가 발생하여 네트워크 성능이 저하되는 한계가 있었다.

이에 따라 콜리전 도메인을 분할할 수 있는 브릿지(Bridge)와 스위치(Switch)가 등장하게 되었다.

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1. 기존 리피터 허브의 한계 (CSMA/CD 방식 문제점)

리피터 허브는 CSMA/CD(Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection) 방식을 사용하여 데이터를 전송한다.

 

• 전송로가 비어 있을 때만 송신 가능 (Carrier Sense)
• 모든 단말이 데이터를 보낼 수 있는 권한을 가짐 (Multiple Access)
• 동시에 전송하면 충돌(Collision) 발생 → 데이터 손실 및 재전송 필요

 

이 방식은 단말 수가 적을 때는 문제없지만, 네트워크 트래픽 증가 시 충돌이 잦아져 속도가 저하되는 문제가 있다.

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2. 콜리전 도메인과 브릿지(Bridge)의 역할

콜리전 도메인(Collision Domain)이란 충돌이 발생할 수 있는 네트워크 범위를 의미한다.

이를 해결하기 위해 콜리전 도메인을 분할하는 장치인 브릿지(Bridge)가 도입되었다.

 

브릿지의 역할

• 콜리전 도메인을 나누어 충돌 방지
• MAC 주소 기반 필터링 기능을 수행하여 불필요한 데이터 송신 차단
• MAC 주소 테이블을 학습하여 트래픽을 효율적으로 관리

브릿지는 필터링 기능을 통해 네트워크를 최적화하지만, 포트 수가 적어 확장성이 부족하다는 단점이 있다.

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3. 스위치(Switch)의 등장

스위치는 브릿지의 기능을 확장한 네트워크 장비로, 각 포트별로 콜리전 도메인을 분리하여 효율적인 데이터 전송이 가능하다.

스위치의 특징

• 각 포트별로 독립된 통신 가능 → 콜리전 문제 해결
• MAC 주소 학습 및 관리 기능 제공 → 트래픽 최적화
• 고속 데이터 전송 가능 → 기업 네트워크에서 필수적인 장비

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• 리피터 허브는 CSMA/CD 방식의 한계로 인해 네트워크 확장성이 부족했다.
• 브릿지는 MAC 주소 기반 필터링 기능을 통해 콜리전 문제를 해결했지만, 확장성이 부족했다.
• 스위치는 콜리전 도메인을 분리하고, 네트워크 성능을 극대화하는 역할을 하며, 현재 기업 네트워크에서 표준 장비로 자리 잡았다.

스위치의 역할을 이해하면 네트워크 구성과 성능 최적화에 중요한 요소를 파악할 수 있다.

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스위치(Switch)의 개념과 역할

스위치는 네트워크에서 데이터를 중계하는 역할을 하는 장치로,
OSI 모델의 2계층(데이터 링크 계층)에 해당하며 레이어2 스위치라고도 한다.

기본적으로 MAC 주소 기반으로 패킷을 전달하며,
콜리전 도메인을 분리하여 네트워크의 효율성을 극대화한다.

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1. 스위치의 동작 원리

• MAC 주소 학습
  • 스위치는 네트워크에 연결된 단말의 MAC 주소를 자동으로 학습하여 MAC 주소 테이블에 저장
  • 이를 통해 목적지 MAC 주소가 있는 포트로만 데이터를 전달

• 콜리전 도메인 분할
  • 각 포트가 독립적인 콜리전 도메인으로 작동하여 충돌 없이 동시 통신 가능
  • 리피터 허브와 달리 여러 단말이 동시에 데이터를 송수신할 수 있음

• 전이중(Full Duplex) 통신 지원
  • 송신과 수신을 동시에 처리 가능 → 통신 속도 향상
  • 특히 IP 전화 사용 시 필수적인 설정

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2. 리피터 허브와 스위치의 차이점

콜리전 도메인	전체 네트워크가 하나	각 포트별로 독립
데이터 처리 방식	모든 포트로 브로드캐스트	MAC 주소 기반으로 특정 포트로 전송
통신 방식	반이중(Half Duplex)	전이중(Full Duplex)
속도 및 효율성	네트워크 사용량 증가 시 충돌 발생	트래픽 분산 및 충돌 방지

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3. 브릿지와 스위치의 차이점

• 브릿지(Bridge): 소프트웨어 기반으로 패킷을 처리
• 스위치(Switch): 하드웨어 기반으로 빠른 데이터 처리가 가능

이제 대부분의 네트워크에서는 브릿지 대신 스위치가 사용됨

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4. 브로드캐스트 프레임 처리

• 스위치는 목적지 MAC 주소가 있는 포트로만 데이터를 전달하지만,
  브로드캐스트(FFFF:FFFF:FFFF) 패킷은 모든 포트로 전송
• VLAN 기능이 있다면 브로드캐스트 트래픽을 제한 가능

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• 스위치는 MAC 주소 기반 데이터 전송을 통해 네트워크 성능을 향상시킨다.
• 각 포트가 독립적인 콜리전 도메인으로 작동하여 충돌 없이 효율적인 통신이 가능하다.
• 브릿지보다 빠른 하드웨어 기반 데이터 처리를 제공하며, 대부분의 기업 네트워크에서 필수적인 장비이다.