[칼럼] 루핑에 의해 네트워크가 한 순간에 멈추는걸 막는 방법이 있다? 바로 STP😉

2024. 3. 26.

루핑에 의해 네트워크가 한 순간에 멈추는걸 막는 방법이 있다? 바로 STP😉

루핑(looping)에 의해 한 순간에

우리가 사용중인 네트워크가 멈췄어요..!

루핑에 의한 네트워크 멈춤 현상을 STP가 막아줄 수 있다는 점 다들 아셨나요? STP를 사용하면 자동으로 스위치 포트를 포워딩 혹은 차단 상태로 만들어서 이더넷 프레임의 루핑을 방지해준다고 합니다. 더 자세한 내용을 이번 칼럼에서 알아보도록 할거예요! 오늘도 힘내자구요!🤓🤓

네트워크 기초 이론 칼럼 목차

1. STP는 왜 사용할까?

네트워크를 구성하다 보면 장애를 대비해서 장비이중화나 케이블 이중화를 필수적으로 구성하게 됩니다. 하지만 , 이런 경우 루핑, 브로드캐스트 storm, duplicate packet등의 문제들이 발생하게 됩니다. 이러한 문제들을 해결하기 위해서 IEEE 802.1D 표준에 의해 STP 프로토콜이 제정되었습니다. 아래 네트워크를 보면서 STP를 설정하지 않으면 어떤 문제가 발생하는지 살펴보도록 하겠습니다.

[가용성을 위한 물리적 이중화 구성시 이더넷 프레임 흐름]

위와 같은 물리적 네트워크 구성시에는 상기에 언급했던 문제들이 발생하게 됩니다.

1. MAC 테이블 불안정

2. 브로드캐스트 STORM

3. 프레임 다중 전송

2. STP을 사용하게 되면 어떻게 될까요?

STP를 사용시 자동으로 스위치 포트를 포워딩(Forwarding) 혹은 차단(Blocking) 상태로 만들어 이더넷 프레임(Frame)의 루핑을 방지해 줍니다. 포워딩 상태의 인터페이스 포트들은 정상적으로 동작하지만, 차단(Blocking) 상태의 인터페이스 포트들은 STP 메시지 및 기타 중요한 데이터를 제외하고는 수신되는 프레임을 처리하지 않고 무시합니다. 즉, 차단된 인터페이스 포트는 MAC 주소를 학습하지도 않고, 프레임을 전달하지도 않으며, 수신된 프레임도 처리하지 않습니다.

[STP에 의해서 동작하는 이더넷 프레임 흐름]

상기 네트워크 구성의 예에서 스패닝 트리 프로토콜이 어떻게 동작되는지 살펴보도록 하겠습니다.

1. PC3에서 이더넷 프레임을 SW3 스위치로 보냅니다.

2. SW3 스위치의 gi0/2 포트가 차단(Blocking) 상태이므로, gi0/1 포트로만 프레임을 전달합니다.

3. SW1 스위치는 프레임을 수신하고, 수신된 포트(gi0/2)가 아닌 gi0/1 및 gi0/3 포트로만 프레임을 전달합니다.

4. SW2 스위치는 프레임을 수신하고, 역시 수신된 포트(gi0/1)가 아닌 gi0/2 및 gi0/3 포트로만 프레임을 전달합니다.

5. SW3 스위치의 gi0/2 포트는 차단(Blocking) 상태이므로, 수신된 프레임을 무시(차단)합니다.

위와 같은 방식으로 프레임 루핑을 방지할 수 있습니다.

그렇다면, 어떤 방식으로 스위치 포트를 포워딩하고 차단하는지 알아보도록 하겠습니다.

2. STP을 사용하게 되면 어떻게 될까요?

- Bridge ID의 약자, 각각의 스위치의 고유한 값(8바이트)

- 2바이트(우선순위/Priority) + 6바이트(스위치 내부 MAC 주소)

- 우선순위의 기본값(32768) /* 범위 : 0 ~ 65535

- 인터페이스의 속도(Speed/BW)

[인터페이스별 Path Cost]

- Bridge Protocol Data Unit

- 스위치가 서로 주고 받는 메시지

- 일반적인 BPDU 메시지인 Hello 메시지에는 Path Cost와 BID 정보가 포함됨

스위치의 인터페이스가 포워딩 및 차단 상태로 되는 기준은 아래와 같이 3가지 입니다.

- 모든 인터페이스는 포워딩 상태임

- 루트 스위치 선출 방법

1) 모든 스위치들은 Hello BPDU 메시지를 서로 교환합니다.

2) 먼저, 모든 스위치들은 자기 자신을 루트 스위치로 간주하여 BPDU 메시지를 보냅니다.

3) 루트 스위치는 BID를 기반으로 선택하기 때문에 BID의 우선순위(priority)가 가장 낮은 스위치가 루트 스위치가 됩니다.

4) 우선순위(priority)가 모두 동일하다면 MAC 주소가 가장 낮은 스위치가 루트스위치가 됩니다.

[루트스위치 선출 방법]

상기 다이어그램에서 스위치들의 우선순위가 모두 동일하기 때문에 MAC주소가 가장 낮은 SW1이 루트스위치가 됩니다.

- 최소 하나의 루트 포트(root port, RP)를 선출

- RP 포트 선출 방법

1) 루트 스위치까지 최소 경로 비용(Path cost)이 드는 포트

2) 연결된 스위치의 BID(Bridge ID)가 가장 낮은 BPDU를 수신한 포트

3) 연결된 스위치의 Port ID가 가장 낮은 BPDU를 수신한 포트

- 루트(RP) 포트 상태는 항상 포워딩 상태

- 루트 비용(root cost)라고 함

- 모든 스위치 중 루트 비용이 최소인 스위치가 지정스위치(Designated 스위치)

- 각 세그먼트마다 Designated Port를 선출

- DP 포트 선출 방법

1) 루트 스위치의 모든 포트

2) 스위치의 Path Cost가 가장 낮은 포트

3) BID가 가장 낮은 스위치 포트

4) Port ID가 가장 낮은 스위치의 포트

- 지정 포트는 항상 포워딩 상태

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[구축사례]

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