네트워크 스위치와 허브, 라우터는 어떻게 다른 걸까

오늘날의 네트워크는 비즈니스를 지원하고 통신을 제공하고 엔터테인먼트를 전달하는 등 많은 역할을 한다. 이러한 네트워크에 공통으로 포함되는 기본적인 요소 중 하나가 바로 네트워크 스위치다. 리소스 공유를 목적으로 기기를 연결하는 일을 맡는다.
 

 

네트워크 스위치란

네트워크 스위치는 OSI 모델의 데이터 링크 계층(계층 2)에서 작동한다. 물리적 포트에 연결된 기기에서 전송된 패킷을 받아 다시 내보내는데 단, 패킷이 도달해야 하는 기기로 이어지는 포트를 통해서만 보낸다. 스위치는 이더넷, 파이버 채널, 비동기 전송 모드(ATM) 및 인피니밴드(InfiniBand) 등을 기반으로 하는데, 현재는 대부분의 스위치가 이더넷을 사용한다.
 

네트워크 스위치의 작동 원리

기기가 스위치에 연결되면 스위치는 해당 이더넷 케이블에 연결된 기기의 네트워크 인터페이스 카드(NIC)에 내장된 미디어 액세스 제어(MAC) 주소를 확인한다. 스위치는 이 MAC 주소를 사용해 패킷이 발송된 기기와 수신된 패킷을 전달할 위치를 식별한다. 따라서 MAC 주소는 기기에 동적으로 할당되고 변경이 가능한 네트워크 계층(계층 3) IP 주소와 달리 물리적 기기를 식별하는 데 쓰인다.

한 기기가 다른 기기로 패킷을 보내면 패킷이 스위치로 들어오고 스위치는 패킷의 헤더를 읽어 어떻게 처리할지 결정한다. 목적지 주소와 대조해 목적지 기기로 이어지는 적절한 포트를 통해 패킷을 내보낸다.

이 과정에서 스위치와 스위치에 연결된 기기에서 동시에 전송되고 수신되는 네트워크 트래픽 간의 충돌 가능성이 있으므로, 대부분의 스위치는 기기를 오가는 패킷이 스위치 연결의 전체 대역폭에 액세스할 수 있도록 하는 전이중(full-duplex) 기능을 제공한다. 두 사람이 무전기가 아닌 휴대전화를 사용해 대화하는 모습을 떠올리면 쉽게 이해할 수 있다.

한편 대부분의 스위치가 계층 2에서 작동하지만 일부 스위치는 계층 3에서도 작동할 수 있다. 이러한 스위치를 계층 3 스위치라고 하며 가상 LAN(VLAN) 구성과 같은 부가 기능을 제공한다.
 

스위치 vs. 허브

허브 역시 리소스 공유를 목적으로 여러 기기를 하나로 연결할 수 있는데, 허브에 연결된 기기 집단을 LAN 세그먼트라고 한다. 허브가 스위치와 다른 점은 연결된 기기 중 하나에서 전송된 패킷이 허브에 연결된 모든 기기로 브로드캐스팅된다는 점이다.

반면 스위치는 패킷의 목적지 주소로 지정된 기기로 이어지는 포트로만 패킷이 전달된다. 또한 스위치는 일반적으로 LAN 세그먼트와 세그먼트에 연결된 허브를 연결한다. 스위치는 동일한 LAN 세그먼트의 기기를 향하는 트래픽을 걸러낸다. 이런 기능 덕분에 스위치는 자체 프로세싱 리소스와 네트워크 대역폭을 더 효율적으로 활용한다.
 

스위치 vs. 라우터

스위치를 라우터와 혼동하는 경우도 종종 있다. 라우터는 네트워크 트래픽 포워딩과 라우팅 기능을 제공하며 라우터라는 이름도 여기에 유래한다. 그러나 이 작업을 수행하는 목적과 위치가 스위치와 다르다. 라우터는 계층 3(네트워크 계층)에서 작동하며 네트워크를 다른 네트워크로 연결하는 데 사용된다.

스위치와 라우터 간의 차이를 쉽게 이해하려면 LAN과 WAN을 생각하면 된다. 기기는 스위치를 통해 로컬로 연결되고 네트워크는 라우터를 통해 다른 네트워크에 연결된다. 패킷이 인터넷에 이르기까지 일반적으로 거치는 경로(예를 들어 기기 > 허브 > 스위치 > 라우터 > 인터넷)를 생각해 보면 이해에 도움이 될 것이다.

물론 스위칭 기능이 라우터 하드웨어에 내장돼 라우터가 스위치 역할까지 하는 경우도 있다. 대표적인 것이 가정용 무선 라우터다. WAN 포트를 통해 광대역 연결을 라우팅하지만 보통 컴퓨터와 텔레비전, 프린터 또는 게임 콘솔을 위한 이더넷 케이블을 연결하는 데 사용되는 부가적인 이더넷 포트도 제공한다. 다른 노트북이나 스마트폰과 같은 네트워크의 다른 기기는 와이파이 라우터를 통해 연결되지만 여전히 LAN을 통해 스위칭 기능을 제공한다. 따라서 라우터는 사실상 스위치이기도 하다. 또한 라우터에 별도의 스위치를 연결해 부가적인 기기에 인터넷과 LAN 액세스를 동시에 제공할 수도 있다.
 

스위치의 유형

스위치는 특정 영역에서 연결해야 할 기기의 수와 이러한 기기에 필요한 네트워크 속도/대역폭에 따라 다양한 크기로 분류된다. 소규모 사무실 또는 홈 오피스의 경우 보통 4포트 또는 8포트 스위치로 충분하지만 대규모에서는 128포트 제품까지 사용된다. 소형 스위치는 책상 위에 놓을 정도의 작은 크기이지만, 와이어링 클로짓이나 데이터센터 또는 서버 팜에 배치하기 위해 랙 마운트도 가능하다. 랙 마운트형 스위치의 크기는 1~4U지만 그보다 더 큰 제품도 있다.

스위치가 제공하는 네트워크 속도도 다양하다. 고속 이더넷(10/100Mbps), 기가비트 이더넷(10/100/1,000Mbps), 10기가비트(10/100/1,000/10,000Mbps)가 있고 40/100Gbps 스위치도 있다. 적절한 속도는 지원할 작업에 필요한 처리량에 따라 결정된다. 스위치는 기능에 따라서도 구분되는데, 기능별 유형은 다음과 같은 3가지다.

비관리형: 비관리형 스위치는 가장 기본적인 스위치이며 고정된 구성을 제공한다. 일반적으로 플러그 앤 플레이 방식으로 작동하므로 사용자가 선택할 수 있는 옵션이 없거나 있어도 극소수다. 서비스 품질과 같은 기능을 위한 기본 설정이 있지만 변경할 수는 없다. 장점은 비교적 저렴하다는 것인데, 기능이 부족해서 기업 용도로는 적합하지 않다.

관리형: 관리형 스위치는 IT 전문가를 위한 더 많은 기능을 제공하며 중소기업 또는 대기업 환경에서 일반적으로 사용된다. 관리형 스위치에는 구성을 위한 명령줄 인터페이스(CLI)가 있다. 네트워크 문제 해결에 사용 가능한 정보를 제공하는 단순 네트워크 관리 프로토콜(SNMP) 에이전트를 지원한다. 또한 가상 LAN, 서비스 품질 설정 및 IP 라우팅을 지원한다. 보안도 더 우수해서 처리하는 모든 유형의 트래픽을 보호한다. 고급 기능을 포함하는 만큼 관리형 스위치는 비관리형 스위치보다 훨씬 더 비싸다.

스마트 또는 지능형 스위치: 스마트 또는 지능형 스위치는 비관리형 스위치가 제공하는 이상의 기능을 제공하지만 관리형 스위치보다는 기능이 적은 일종의 관리형 스위치다. 따라서 비관리형 스위치보다 고급이면서 완전한 관리형 스위치보다는 저렴하다. 일반적으로 텔넷 액세스를 지원하지 않고, CLI보다는 웹 GUI를 제공한다. VLAN과 같은 옵션에는 보통 완전 관리형 스위치보다 기능이 많지 않다. 그러나 가격이 상대적으로 저렴하므로 예산이 넉넉하지 않고 필요한 기능도 많지 않은 소규모 네트워크에 적합한 선택이 될 수 있다.
 

관리 기능

네트워크 스위치의 세부적인 기능은 스위치 제조업체와 부가적으로 제공되는 소프트웨어에 따라 다르지만 일반적인 스위치는 다음과 같은 전문가용 기능을 제공한다.
 

• 스위치의 특정 포트 활성화 및 비활성화
• 이중(반이중 또는 전이중) 설정 및 대역폭 구성
• 특정 포트의 서비스 품질(QoS) 수준 설정
• MAC 필터링 및 기타 액세스 제어 기능 활성화
• 링크 상태를 포함한 기기의 SNMP 모니터링 설정
• 네트워크 트래픽 모니터링을 위한 포트 미러링 설정

 

기타 사용 사례

대규모 네트워크에서 스위치는 분석 용도의 트래픽을 오프로드하는 방법으로 사용되는 경우가 많다. 이는 보안 측면에서 중요할 수 있다. 스위치를 WAN 라우터 앞에, 즉 트래픽이 LAN으로 들어가기 전에 배치할 수 있기 때문이다. 스위치는 침입 탐지, 성능 분석, 방화벽 기능을 추가로 지원할 수 있다. 스위치를 통해 흐르는 데이터가 예를 들어 침입 탐지 시스템이나 패킷 스니퍼로 전송되기 전에 미러 이미지를 생성하기 위해 포트 미러링이 사용되는 경우가 많다.

가장 기본적인 측면에서 네트워크 스위치의 역할은 두 컴퓨터가 같은 건물 내에 있든 지구 건너편에 있든 컴퓨터 A에서 컴퓨터 B로 신속하고 효율적으로 패킷을 전달하는 데 있다. 이 과정에서 다른 여러 기기가 개입하기도 하지만 스위치는 네트워킹 아키텍처의 필수적인 요소다. editor@itworld.co.kr