CISCO 네트워킹 #5

★ 서적 : 후니의 쉽게 쓴 시스코 네트워킹 (https://www.yes24.com/Product/Goods/113485068)

1) Looping (루핑, 뺑뺑이)
   - 브리지나 스위치에서 자주 발생
   - 프레임이 네트워크상에서 무한정으로 뱅뱅 돌기 때문에 이더넷의 특성상 네트워크가 조용해야 데이터를 전송할 수 있는 다른 녀석들이 계속 
      네트워크가 조용해지기를 기다리기만 할 뿐 데이터 전송은 불가능해지는 상태를 말하는데, 브리지나 스위치의 디자인ㅇ네서는 가장 주의해야 함
   - 네트워크를 치명적인 상태에 빠트릴 수 있다.
   - 사람이 네트워크를 구성하면서 모든 목적지의 경로를 하나만 있도록 만들어주면 아예 루핑은 생기지 않는다.
   - 자동으로 루핑을 막아주는 알고리즘을 '스패닝 트리 알고리즘(Spanning Tree Algorithm)'이라고 한다.
   - 브리지나 스위치에 목적지까지의 경로가 두 개 이상 존저해면 반드시 루핑이 발생하고, 이를 막는 것이 스패닝 트리 알고리즘이다.

[그림 1] 브리지 또는 스위치에서의 루핑 현상

     
2) 스패닝 트리 알고리즘 (Spanning Tree Algorithm)
  - 스위치나 브리지에서 발생할 수 있는 루핑을 미리 막기 위해 두 개 이상의 경로가 발생하면 하나를 제외하고 나머지 경로를 자동으로 막아두었다가
    기존 경로에 문제가 생기면 막아놓은 경로를 풀어서 데이터를 전송하는 알고리즘
  - 루핑(Looping)이 발생하게 되면 네트워크에는 정말 치명적이다.
  - 모든 스위치는 스패닝 트리 알고리즘을 지원한다.
  - 스패닝 트리 알고리즘에 의해서 현재의 링크가 끊어졌을 때 대기하고 있던 다른 링크가 다시 살아나서 연결을 해주는데 걸리는 시간은 약 1분 이상이
     소요된다.
   - 사용자들은 1분 이상을 네트워크가 끊어진 상태로 기다려야만 한다.
   - 요즘의 스위치들은 여러가지 다양한 기능을 가지고서 이러한 전통적인 스패닝 트리 알고리즘의 약점을 보완하고 있다.
     → 시스코의 이더 채널(Ehter-Channel) 기술은 여러 개의 링크가 마치 하나의 링크처럼 인식되게 하는 기술이다.
   - 이더 채널이 지원되는 스위치라면 평소에도 두 배의 속도를 낼 뿐만 아니라 하나의 링크가 끊어져도 기다리는 시간이 전혀 없이 링크가 유지되는 
      장점이 있다.
   - 이더 채널은 속도에 따라서 패스트 이더 채널(Fasterher Channel, 100메가로 연결된 포트들을 묶는 기술),
                                             기가 이더 채널(Giga Ether Channel, 기가 비트 이더넷, 1000메가로 연결된 포트들을 묶는 기술) 등으로 나뉜다.
   - 최대 8개의 링크를 묶어서 만들 수 있게 되어있다.
   - 업링크 패스트(Uplink Fast)라는 기술은 전통적인 스패닝 트리에서 링크의 복구 시간이 1분 이상 걸리는 점에 착안해서 이 복구 시간을 
      약 2~3초 안에 가능하도록 만드는 기술이다.

3) 라우팅과 스위칭에 대한 비교
 - 가격적으로는 라우터가 스위치보다 비싸다. (물론 라우터보다 비싼 스위치도 있지만 비슷한 스팩을 가지고 비교해보면 라우터가 비싸다)
 - 속도적으로는 스위치가 우세하다. (라우터는 내부에서 처리하는 일이 많아서 스위치보다 패킷을 처리하는 속도가 느릴 수 밖에 없다)
 - 구성의 편리함적으로는 스위치가 훨씬 구성이 쉽다. (스위치는 대부분 전원만 공급해주면 사용이 가능하지만, 라우터는 그렇지 않다.)
    → 라우팅 프로토콜도 정해주어야 하고, 네트워크도 설정해주어야 한다. (필터링이니 보안이니 정말 구성해주어야 할 것이 많다)
  - 라우터를 쓰는 이유는 스위치로 풀 수 없는 한계가 있는 것인데 그 이유는 다음과 같다.
    ① 브로드캐스트
        - 독일에 있는 PC가 한 번 커졌다 꺼져도 이 브로드캐스트가 우리나라에 있는 제 PC까지 전달되는데, 통신을 할 때 상대편의 맥 주소를
          찾기 위해 ARP(Address Resolution Protocol)를 사용하는데 이것이 바로 브로드캐스트이다.
         - 전 세계의 PC들이 이 ARP를 하루에 몇 번이나 사용할까 만약 이런 상황이 발생한다면 우리가 제대로 네트워크를 사용하는 것은 상상도 할 수 
            없을 뿐만 아니라 PC 자체도 사용이 불가능해진다. (브로드캐스트는 CPU 성능도 저하시키기 때문이다)
         - 브로드캐스트 영역(도메인)을 나누는 것은 정말 중요한 일이다.
         - 이러한 브로드캐스트 영역(도메인)을 나눠주기 위해서는 라우터가 꼭 필요하다.
         - 물론 요즘 스위치가 그런 기능을 하는 경우도 있지만 (스위치가 라우터의 역할까지를 수행하는 경우 이런 스위치를 '레이어 3 스위치'라고 한다)
           내부를 들여다보면 그건 스위치에 라우터를 붙여놓은 것이다.
          -

[그림 3] 스위치를 통한 Collision Domain 나누기

- 왼쪽에 있는 그림은 허브로만 구성된 네트워크이다.
- 동그라미가 콜리전 도메인이고, 네모가 브로드캐스트 도메인이다. 
- 그림에선 콜리전 도메인이 브로드캐스트 도메인보다 작아 보이지만, 사실 같은 크기라고 이해하면 된다.
- 이와 같은 허브만으로 구성된 네트워크에 새로 산 스위치를 가져와서 설치했다고 가정해보자. (여기서 스위치는 라우팅 기능이 없는 순수 스위치)
   오른쪽 그림처럼 콜리전 도메인을 나누는 능력을 발휘해서 오른쪽 그림처럼 이제 콜리전 도메인은 왼쪽보다 작아졌다.
- 네모로 표시되는 브로드캐스트 도메인은 점점 더 커진 것을 알 수 있다.
- 브로드캐스트 도메인이 늘어나서 한 번의 브로드캐스트가 모든 영역에 영향을 주는 문제가 발생한다.

[그림 4] 스위치로만 구성된 네트워크

- 이 문제를 해결하기 위해서는 라우터가 필요하다.
- 스위치가 있던 자리에 라우터를 가져다 놓았더니 브로드캐스트 도메인이 반드로 나누어진 것을 알 수 있다.

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[ 예시 ]
어떤 사람이 게임방에 두 대의 스위치를 설치했다. 그럼 라우터는 스위치의 포트 중 하나에 연결되고 스위치에서는 각 PC들이 연결될 것이고, 서로 간의
통신이 이루어져야 하기 때문에 두 대의 스위치 간에도 연결을 해야한다.

이때 이 사람이 스위치 간의 연결이 하나밖에 없으면 속도도 느리고, 또 혹시 이 연결이 끊어지면 그 스위치에 붙어있는 PC들이 통신을 못하니까 
아래 있는 스위치에 붙어있는 PC들은 위쪽 스위치에 연결되고, 다시 위쪽 스위치가 라우터에 연결되어서 인터넷으로 나가니까 당연히 스위치 간 
연결이 끊어지면 아래쪽 스위치에 붙어있는 PC들은 인터넷을 할 수 없다. 

아래 그림을 참고하면 스위치 간에 링크(연결)를 두 개로 만들었다.

[그림 2] 게임방 주인이 그린 구성도

 위와 같은 형태로 되어있으면 어떻게 될까?

위와 같은 형태는 루핑(Looping)이 발생하는 상태이다. 
1번 스위치에 연결된 PC와 2번 스위치에 연결된 PC 간에 2개의 경로가 발생하고 있다. 
   → 그림에서 1번 스위치와 2번 스위치 간에 연결된 길이 두 개이기 때문이다.

양쪽의 스위치들이 스패닝 트리 상태로 세팅되어 있지 않으면 네트워크에는 루핑이 발생하고 결국 주인의 의도와는 상관없이 네트워크는 못쓰게 된다.
주인 입장에선 잘해보려다가 완전히 망치게 된다. 

스패닝 트리가 세팅되어 있으면 스패닝 트리는 자동으로 루핑을 검색해서 이런 루핑이 발생할 수 있는 상황을 미리 막아주는 역할을 한다.
방법은 스위치간의 두 개의 링크 중 하나를 끊어 놓는 것이다. (실제 링크는 두 개 이지만 데이터는 한 쪽으로만 다니게 하는 것이므로 루핑은 발생하지 않는다)

링크를 2개 연결하는 이유는 사용하는 하나의 링크가 끊어졌을 때를 대비하는 것이며, 만약 사용 중인 링크가 끊어지게 되면 그 때 대기하던 나머지 
하나가 살아나서 데이터 전송을 맡아준다.

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