6.4 Switched local area networks

4개의 스위치로 연결된 기관 네트워크

 - 스위치는 라우팅 알로리즘을 사용하지 않으며 IP주소를 사용하지 않음

Link-layer addressing and ARP

• MAC address (LAN address or physical address)

모두 IP address 를 사용하면 router로 구성되어야함 - 더 간단한 switch로 pkt전달!(이때 필요한 것이 mac address)

 

- link layer에서 패킷을 전송하는 데 사용할 link layer address

 

- 각 어댑터( 또는 네트워크 인터페이스)에는 MAC 주소가 있다

    ex. 6byte 길이(Ethernet, 802.11 wireless LAN)

 

- Link-layer switches do not have MAC address

   => Link layer switches는 데이터그램을 투명하게 전달 

 

- MAC address는 영구적이도록 설계되었으며, 이제 소프트웨어를 통해 변경 가능하다.

 

- 두 어댑터는 동일한 주소를 가질 수 없다.(*adapter : 모든 결합도구,interface)

   => 제조업체는 2^24개의 주소로 구성된 주소 공간의 청크를 구입한다.

 

- 어댑터가 어디로 이동하더라도 MAC address는 변경되지 않는다.

   => 호스트가 이동할 떄 호스트의 IP주소를 변경해야한다.

 

- Link-layer frame을 전송

    => 송신 어댑터는 대상 어댑터(같은 서브넷에 있는)의 MAC address를 프레임에 삽입한 다음 프레임을 LAN으로 보낸다.

    => 주소가 FF-FF-FF-FF-FF-FF(특수 MAC broadcast address)인 경우 프레임은 broadcast 도메인의 호스트로 이동

 

- Link-layer frame을 수신

    => 어댑터는 수신된 프레임의 MAC address가 자신의 MAC address와 일치하거나 MAC address가 FF-FF-FF-FF-FF-FF인 경우에만 데이터그램을 프로토콜 스택 위로 전달

 

• Address resolution protocol (ARP)

- network layer(ex. IP addresses)와 link-layer addresses(ex. MAC addresses) 간에 변환

 

- DNS vs ARP

   => DNS는 인터넷에 있는 모든 호스트의 호스트 이름을 확인

   => ARP는 동일한 서브넷에 있는 호스트 및 라우터 인터페이스에 대한 MAC 주소만 확인

 

- 각 호스트 및 라우터의 메모리에 IP 주소와 MAC 주소의 매핑을 포함하는 ARP 테이블이 있다.

 

- ARP query <-> ARP response

(1) 서브넷의 다른 모든 호스트 및 라우터를 query하여 해결 중인 IP 주소에 해당하는 MAC address를 확인

   => MAC broadcast address 사용

(2) 서브넷의 어댑터에 있는 각 ARP 모듈은 해당 IP 주소가 ARP 패킷의 대상 IP 주소와 일치하는지 확인

(3) 일치하는 패킷은 querying host에게 응답 pkt을 다시 보냄

-> MAC address는 어댑터를 제작할 때부터 부여 

=> but 같은 서브넷에 없으면 D는 S의 MAC address를 알 수 없음 "안전!!"

 

-> 같은 subnet에서 처음 가는 MAC address를 사용함!

Ethernet

• Original Ethernet

- Bob Metcalfe와 David Boggs가 1970년대 중반에 발명했습니다.

- 2.95Mbps 및 최대 256개의 호스트를 최대 1마일 간격으로 연결

- 버스 토폴로지, 모든 전송 프레임이 버스에 연결된 모든 어댑터에 의해 전송되고 처리되는 브로드캐스트 LAN

 

• Today's Ethernet

- store-and-forward packet을 이용하는 Star topology

- 10Mbps, 100Mbps 및 40기가비트 이더넷(IEEE 802.3z)

- 예: 100Mbps 이더넷 표준

• Ethernet

- 연결이 없고 신뢰할 수 없는 서비스

- link layer와 physical layer의 사양 모두 사용

- 새 데이터그램 또는 이미 한 번 이상 전송된 데이터를 포함하는 데이터그램 중 어느 것을 전송하고 있는 지 알 수 없음

 

• Ethernet frame structure

 데이터 필드(46 ~ 1500바이트)
MTU: 1500바이트
 대상 주소(6바이트)
대상 어댑터의 MAC 주소
 원본 주소(6바이트)
프레임을 LAN으로 전송하는 어댑터의 MAC 주소
 입력 필드(2바이트)
예: IP, ARP
 순환 중복 검사(CRC)(4바이트)
 동기화를 위한 프리앰블(8바이트)
0101010 … 10101011

 

Link-layer switches

• Switches

서브넷의 호스트 및 라우터에 대해 투명함

 

• Filtering

프레임을 특정 인터페이스로 전달할지 아니면 그냥 삭제할 지 결정

 

• Forwarding

프레임을 지정한 인터페이스를 결정한 다음 프레임을 해당 인터페이스로 이동

• Rules for switch filtering and forwarding

case1) 대상 MAC address에 대한 항목이 없다

  => 스위치는 프레임을 모든 출력 인터페이스에 broadcast

case2) 테이블에는 대상 MAC 주소와 입력 인터페이스를 연결하는 항목이 있다.

  => 스위치가 프레임을 삭제

case3) 테이블에는 대상 MAC address를 출력 인터페이스 중  하나와 연결하는 항목이 있다.

  => 스위치는 전달 기능을 수행

 

• Self - learning

- switch table은 다음을 사용하여 자동, 동적 및 자율적으로 구축됨

  => 프레임의 원본 주소 필드의 MAC address

  => 프레임이 도착한 인터페이스

  => 일정 시간이 지난 후 해당 주소를 원본 주소로 하는 프레임이 수신되지 않으면 스위티는 테이블의 주소를 삭제

 

- 스위치는 plug-and-play devices

  => 네트워크 관리자 또는 사용자의 개입 필요 없음

Virtual local area networks(VLANs)

• 4개의 switch로 연결된 기관 네트워크

- traffic isolation 부족(broadcast traffic용)

- 비효율적인 스위치 사용(많은 그룹용)

- 사용자 관리 어려움(이동 시)

• Virtual local area networks (VLANs)

- 단일 physical LAN 인프라에서 여러 virtual LAN이 정의됨

- 스위치의 포트는 그룸으로 나뉘며 각 그룹이 VLAN을 구성

- 스위치 하드웨어는 동일한 VLAN에 속하는 포트 간에 프레임만 전달

- VLAN 내의 broadcast traffic