“IIoT 시대에 더 중요해졌다” 네트워크 스위치의 이해

오늘날 네트워크는 모든 기업에 매우 중요하다. 네트워크가 비즈니스 애플리케이션과 멀티미디어 메시지는 물론 주요 데이터를 전 세계의 사용자에게 제공하는 역할을 하기 때문이다. 이 네트워크의 기본 요소 중 하나인 네트워크 스위치는 LAN(local area network) 내에서 기기를 연결해 리소스 공유하는 데 활용한다.
 

 

네트워크 스위치의 정의와 작동 방식

네트워크 스위치는 OSI(Open Systems Interconnection) 모델의 데이터 링크 계층인 레이어 2에서 작동하는 기기다. 이 기기는 물리적 포트에 연결된 기기가 보낸 패킷을 받아 패킷이 도달하려는 기기로 전달한다. 스위치는 라우팅이 이루어지는 네트워크 레이어(레이어 3)에서도 작동하기도 한다. 스위치는 이더넷, 파이버 채널, 비동기 전송 모드(ATM), 인피니밴드 등을 기반으로 하는 일반적인 네트워크의 구성 요소다. 오늘날 대부분의 스위치는 이더넷을 사용한다.

기기가 스위치에 연결되면 스위치는 기기의 NIC(network-interface card)에 종속된 코드인 MAC(media access control) 주소를 기록하고, NIC는 스위치에 이더넷 케이블을 연결한다. 이후 스위치는 맥 주소를 사용해 어떤 기기의 나가는 패킷이 전송되고 있는지, 들어오는 패킷을 전달할 위치를 식별한다. 맥 주소는 물리적 기기에 종속돼 변경되지 않지만, 네트워크 계층(레이어 3) IP 주소는 기기에 임의로 할당되거나 시간이 지남에 따라 변경될 수 있다. 맥 주소는 마치 자동차의 차대번호, IP 주소는 자동차 번호판이라고 생각하면 쉽다.

패킷이 스위치에 들어오면 스위치는 헤더를 읽은 다음 대상 주소와 일치하는 하나 이상의 주소를 찾아 대상 기기로 연결되는 적절한 포트를 통해 패킷을 보낸다. 스위치와 연결된 기기로 동시에 오가는 네트워크 트래픽 간의 충돌 가능성을 줄이기 위해 대부분 스위치는 기기로 들어오고 나가는 패킷이 스위치 연결의 전체 대역폭에 액세스할 수 있는 전이중(full-duplex) 기능을 지원한다. 두 사람이 무전기가 아닌 스마트폰으로 대화하는 모습을 상상하면 된다.

스위치가 레이어 2에서 작동하는 것은 사실이지만 레이어 3에서도 작동하며, 이를 위해서는 서브넷을 아우르는 논리적 네트워크 세그먼트인 가상 LAN(VLAN)을 지원해야 한다. 트래픽이 한 서브넷에서 다른 서브넷으로 이동하려면 스위치 사이를 통과해야 하며, 이는 스위치에 내장된 라우팅 기능에 의해 구현된다.
 

스위치와 허브, 라우터의 차이

허브는 리소스 공유를 목적으로 여러 기기를 연결할 때 사용한다. 허브에 연결된 기기의 집합을 LAN 세그먼트라고 한다. 허브는 연결된 기기 중 하나에서 전송된 패킷이 허브에 연결된 모든 기기로 브로드캐스트된다는 점에서 스위치와 다르다. 스위치에서는 패킷이 주소가 지정된 기기로 연결되는 포트로만 전달된다. 스위치는 일반적으로 LAN 세그먼트를 연결하므로 허브는 스위치에 연결된다. 스위치는 같은 LAN 세그먼트에 있는 기기로 향하는 트래픽을 필터링한다. 이런 기능 덕분에 스위치는 네트워크 대역폭뿐만 아니라 자체 처리 리소스를 더 효율적으로 사용한다.

스위치는 네트워크 트래픽의 포워딩 및 라우팅을 제공하는 라우터와 혼동되기도 하는데, 스위치와 라우터는 목적과 위치가 다르다. 라우터는 네트워크 계층인 레이어 3에서 작동하며 네트워크를 다른 네트워크에 연결한다. 스위치와 라우터의 차이점을 쉽게 생각하는 방법은 LAN과 WAN을 생각하면 된다. 기기는 스위치를 통해 로컬로 연결되고 네트워크는 라우터를 통해 다른 네트워크에 연결된다. 정리하면 패킷이 인터넷에 도달하는 경로는 기기 > 허브 > 스위치 > 라우터 > 인터넷 순서가 된다.

물론 라우터 하드웨어에 스위칭 기능이 내장돼 라우터가 스위치 역할도 수행하는 때도 있다. 가정용 무선 라우터가 대표적이다. 이 라우터는 WAN 포트를 통해 광대역 연결로 라우팅하지만, 일반적으로 컴퓨터, 텔레비전, 프린터 또는 게임 콘솔용 이더넷 케이블을 연결하는 데 사용하는 추가 이더넷 포트도 있다. 다른 노트북이나 휴대폰과 같은 네트워크의 다른 기기는 Wi-Fi 공유기를 통해 연결되지만, 여전히 LAN을 통한 스위칭 기능을 제공한다. 따라서 라우터는 사실상 스위치이기도 하다. 그리고 라우터에 별도의 스위치를 연결해 추가 기기에 인터넷과 LAN 액세스를 모두 제공할 수도 있다.

인터넷 스위치라는 용어도 있는데, 대부분은 라우터를 설명하는 것이다. 스위치와 라우터 모두 네트워크 트래픽을 전달하고 라우팅할 수 있다. 스위치는 LAN에서 작동하고 라우터는 WAN에서 작동한다. 앞서 설명한 것처럼 스위칭 기능은 라우터에 내장될 수 있으며 라우터가 스위칭 기능을 수행할 수 있다. 인터넷을 통해 패킷을 이동하는 것은 라우터가 하는 일이다.
 

스위치의 종류

스위치는 연결해야 하는 기기 수와 필요한 네트워크 속도/대역폭의 유형에 따라 다양한 제품으로 나뉜다. 소규모 사무실이나 홈 오피스에서는 일반적으로 4포트 또는 8포트 스위치로 충분하지만, 일정 규모 이상 기업은 일반적으로 최대 128포트 스위치를 사용한다. 소형 스위치는 데스크톱에 설치할 수 있을 정도로 작지만, 배선실, 데이터센터 또는 서버 팜의 랙에 장착할 수 있는 대형 스위치도 있다. 랙 마운트 가능 스위치의 크기는 1U에서 4U까지 다양하다. 스위치의 네트워크 속도도 고속 이더넷(10/100Mbps), 기가비트 이더넷(10/100/1000Mbps), 10기가비트(10/100/1000/10000Mbps), 40/100Gbps 속도까지 여러 가지다. 속도는 작업에 필요한 처리량에 따라 달라진다.

스위치의 기능도 다른데, 4가지 유형 정도로 정리할 수 있다.
 

• 비관리형 : 비관리형 스위치는 가장 기본적인 스위치로, 고정 구성을 제공한다. 일반적으로 플러그 앤 플레이 방식이므로 사용자가 선택할 수 있는 옵션이 거의 없다. 서비스 품질과 같은 기능에 대한 기본 설정이 있을 수 있지만 변경할 수는 없다. 비관리형 스위치는 상대적으로 저렴하다는 장점이 있지만, 기능이 부족하므로 기업용으로는 적합하지 않다.
• 관리형 : 관리형 스위치는 IT 전문가를 위해 더 많은 기능과 기능을 제공하며 기업 환경에서 가장 많이 볼 수 있는 유형이다. 관리형 스위치는 명령줄 인터페이스(CLI)를 통해 구성한다. 네트워크 문제를 해결하는 데 필요한 정보를 제공하는 간단한 네트워크 관리 프로토콜(SNMP) 에이전트를 지원한다. 또한 가상 LAN, 서비스 품질 설정 및 IP 라우팅을 지원하는 제품도 있다. 보안도 강화되어 처리하는 모든 유형의 트래픽을 보호한다. 이런 고급 기능 때문에 관리형 스위치는 비관리형 스위치보다 훨씬 더 비싸다.
• 스마트 또는 지능형 스위치 : 스마트 스위치 또는 지능형 스위치는 관리형 스위치로, 비관리형 스위치보다 더 많은 기능을 제공하지만, 관리형 스위치보다 적은 기능을 제공한다. 비관리형 스위치보다 더 정교하지만, 완전 관리형 스위치보다 저렴한 것이 특징이다. 일반적으로 텔넷 액세스를 지원하지 않으며 CLI가 아닌 웹 GUI를 제공한다. VLAN과 같은 다른 옵션은 완전 관리형 스위치에서 지원하는 기능만큼 다양하지 않다. 가격이 저렴하므로 소규모 회사나 필요한 기능이 적은 회사에 적합하다.
• KVM 스위치 : KVM 스위치는 데이터센터 또는 대량의 서버가 있는 곳에 쓰이는 특정 유형의 스위치다. 여러 컴퓨터에 키보드, 비디오(모니터), 마우스 연결을 제공하여 사용자가 단일 위치 또는 콘솔에서 서버 그룹을 제어할 수 있다. KVM 연장기를 추가하면 KVM 스위치를 통해 로컬 및 원격으로 컴퓨터에 액세스할 수 있으므로 서버 유지보수와 관리를 중앙 집중화할 수 있다.

 

네트워크 스위치 관리 기능

네트워크 스위치의 기능은 스위치 제조업체와 제공되는 추가 소프트웨어에 따라 다르지만, 일반적으로 스위치를 통해 전문가가 관리할 수 있는 기능이 몇 가지 있다.
 

• 스위치의 특정 포트를 활성화 및 비활성화한다.
• 듀플렉스(반쪽 또는 전체) 및 대역폭에 대한 설정을 구성한다.
• 특정 포트에 대한 서비스 품질(QoS) 수준을 설정한다.
• 맥 필터링 및 기타 액세스 제어 기능을 설정한다.
• 링크 상태를 포함해 기기에 대한 SNMP 모니터링을 설정한다.
• 네트워크 트래픽 모니터링을 위해 포트 미러링을 구성한다.

 

네트워크 스위치가 여전히 중요한 이유

오늘날 현대 기업에서 스위치는 여전히 중요한 역할을 담당하고 있다. 더 많은 무선 연결을 가능하게 할 뿐만 아니라 사물 인터넷 기기와 스마트 빌딩을 지원해 더 지속 가능한 운영을 가능하게 한다. 특히 공장에서 센서와 기계를 연결하는 산업용 사물 인터넷 기기가 늘어나면서 이를 기업 네트워크에 연결하는 스위칭 기술이 더 중요해졌다.

최신 스위치에는 네트워크에 연결된 기기에 최대 100W의 전력을 공급할 수 있는 PoE(Power over Ethernet) 기술이 포함되는 추세다. 이를 통해 기업은 보안 카메라, 실외 조명, 무선 액세스 포인트, VoIP 전화는 물론 원격 지역의 온도, 습도, 습도 등을 모니터링할 수 있는 수많은 센서와 같이 별도의 전원 콘센트가 필요하지 않은 곳까지 기기를 설치할 수 있다. IoT 기기에서 수집, 전송되는 데이터를 스위치로 모으고, AI/ML 알고리즘에 적용해 더 스마트한 환경을 만들 수도 있다.

대규모 네트워크에서 스위치는 분석을 위해 트래픽을 오프로드하는 데 자주 사용된다. 트래픽이 LAN으로 이동하기 전에 스위치를 WAN 라우터 앞에 배치할 수 있는데 이는 보안 전문가에게 중요하다. 또한, 포트 미러링은 침입 탐지, 성능 분석 및 방화벽 작업 등을 쉽게 한다. 대부분은 포트 미러링은 침입 탐지 시스템이나 패킷 스니퍼로 전송되기 전에 스위치를 통해 흐르는 데이터의 미러 이미지를 생성한다.

스위치는 디지털 트윈 기술, 네트워크 케이블 통합, SD-WAN 환경과 같은 새로운 혁신과 함께 대규모 데이터센터 및 클라우드 환경에서 계속 사용되고 있다. 그러나 가장 기본적인 네트워크 스위치는 복도 건너편에 있든 지구 반대편에 있든 상관없이 기기 A에서 기기 B로 패킷을 빠르고 효율적으로 전송하는 역할이다. 이 과정에서 여러 다른 기기가 패킷 전송에 기여하지만, 스위치는 여전히 네트워킹 아키텍처의 필수적인 부분이다.
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