네트워크 실습 (Cisco packet Tracer , 스위치 )

학원에서 공부하고 있는거 리뷰하려고 한다. 

 

 

기본적으로 우리의 pc와 스위치는 연결할때의 상황이다. ( fa는 Fast ethernet의 포트번호를 말한다) 

 

 

 

pc를 누르게 되면 Descktop의 ip configuration에서 해당 pc의 ip주소를 줄 수 있다. 

 

 

스위치의 경우 따로 전원 버튼이 없기 때문에 바로 CLi로 들어갈 수 있다. 

 

이때 스위치에는 모드가 총 3가지가 있다. 

• 일반 사용자 모드 (User)
• 관리자 모드 (Privileged)
• 설정 모드 (Global Configuration)

이렇게 있고 대체로 관리자 모드에서 많은 진행을 한다. 현재 설정모드에서는 host name변경만 진행해봤다. 

 

그리고 스위치의 경우 Ram(휘발성), NVRam(비휘발성) 메모리를 쓰는데 내가 쓰는 정보들은 다 Ram에 저장해서 따로 NVRam에 저장을 해줘야한다. 

# 현재 저장된거 확인 
show running-config
# ram에서 nvram으로 옮기기
copy running-config startup-config

이러면 껏다켜도 host name 변경한게 반영이 된다. 

 

스위치 기능 

• Learning : MAC Address 학습하는 기능
• Filtering : 일치하지 않는 MAC Address로의 전송을 차단
• Forwarding : 일치하는 MAC Address로 전송
• Flooding : 모든 경로로 전송하는 기능 , MAC Address Table에 없으면 동작
• Aging : 저장된 MAC Address가 일정 시간 이상 사용되지 않으면 MAC Address Table에서 삭제

간단하게 생각하면 스위치는 2계층에서 사용되기 때문에 MAC address 기반으로 작동한다. 

따라서 어떠한 데이터가 들어오면 MAC address를 알아야하기 때문에 flooding을 통해 모든 경로의 MAC주소를 파악해야하고, 그러한 MAC address로 보내기 위한 Fowarding 기능이 있어야하고,  굳이 한번 보낸걸 다시 flooding 할필요가 없기 때문에 Learning을 하고 MAC Address가 너무 많아서 오버헤드가 생기는걸 방지하는 Aging 기능이 필요하다 생각하면 된다. 

 

그리고 ARP를 통해 이러한 Flooding을 할 수 있다. 

ARP (Address Resolution Protocol)는 IP 주소 → MAC 주소를 찾기 위한 프로토콜
즉, 같은 LAN 내에서 논리적 주소(IP)를 물리적 주소(MAC)로 변환하는 역할을 함 

왜 2계층에서 3계층의 ip주소와 연관이 되있냐 할 수 있지만 실제로 MAC주소를 전달하기 위해서는 IP주소가 필요하다. 그래서 실제 물리적인 값을 보내기 위해서는 논리적주소를 토대로 실제 주소인 MAC주소를 찾는 ARP를 2계층에서 수행한다.

 

arp는 총 28byte의 패킷과 이더넷헤더 14바이트의 이더넷 헤더가 들어간다. 

 

 

 

실제로 1.1.1.3에 ping을 보냈다면 이더넷 헤더에서는 DA는 모르는 상태 SA는 본인의 MAC주소 

 

arp에서 source MAC은 위의 SA와 같은 값이고 

target ip는 1.1.1.4고 target MAC값은 x 그리고 현재 내가 보낸 값인 source Mac과 Source ip는 나를 가르킨다. 

 

그후 다시 1.1.1.3에 1.1.1.4의 정보를 보내는 헤더에는 본인의 source mac. source ip를 넣고 

target mac과 target ip인 1.1.13을 담아서 보내는걸 볼 수 있다. 

그리고 sd에서도 1.1.1.3의 mac주소를 보내는걸 확인할 수 있다. 그리고 실제로는 이더넷의 da와 sa를 쓴다고 한다.

그래서 사실상 전송을할때 arp의 source MAC와 Target MAC가 없어도 가능은 하지만 

1. 프로토콜 독립성
   • ARP는 이더넷뿐 아니라 다른 링크 계층에서도 동작할 수 있게 설계됨
   • 링크 계층마다 헤더 구조가 다르기 때문에, ARP 메시지 안에도 MAC을 명시해야 상위 프로토콜이 누구인지 확실히 알 수 있음
2. ARP 테이블 업데이트
   • ARP 응답을 받으면, 수신 장치는 메시지 안의 Sender MAC과 Sender IP를 자신의 ARP 테이블에 저장
   • 만약 메시지 안에 MAC이 없다면, 테이블을 채울 수 없음
   • 이 MAC 주소는 실제 통신에서 헤더로 쓰이는 것과 동일하지만, 프로토콜 로직 상 메시지 안에 존재해야 함
3. 네트워크 장비와 캡처 도구
   • 스니퍼 같은 장비가 패킷을 분석할 때, 헤더를 열어보지 않아도 ARP 메시지 안에서 IP↔MAC 매핑 확인 가능
   • 디버깅, 트러블슈팅에 필수

이러한 이유로 빼지는 않는다고 한다. 

 

 

 

 

 

 

또한 스위치 네트워크에서 루프를 방지하기 위한 프로토콜인 STP가 있다.  

 

 

 

왼쪽의 그림의 경우 PC3에서 PC5로 어떤 값을 보낼때 중간에 스위치가 문제가 생기면 보낼 수 없는 상황인 단일 장애점(Single Point of Failure, SPOF) 이 일어난다. 

그래서 스위치의 경우 하나가 문제가 되더라도 보낼 수 있게 이중화를 하게 된다. 

다만 이중화를 하게 되면 물리적 루프가 생길 수 있고 이로 인해 브로드캐스트 폭풍이 일어날 수 있다. 

 

이러한 루프는 어떻게 생기게 되냐면 A,B,C 스위치의 경우 서로의 MAC주소를 모르게 되면 

A -> B, C에게 브로드 캐스트로 arp요청 그러면 B,C는 보내고 

여기서 B도 A,C에게 요청 C또한 B와 A에게 요청 

그 후 받은 A도 또 B와 C 요청 이런식으로 무한 루프가 발생하게 된다. 

 

이것을 해결하기 위해 STP라는 것이 있는데, 

 

• 루프를 탐지
  • 스위치들은 서로 BPDU(Bridge Protocol Data Unit)를 주고받음
• 스패닝 트리 구성
  • 루프가 생기지 않도록 트리 구조를 만들어 일부 포트를 차단
• 필요 시 포트 활성화
  • 특정 포트가 장애나 다운되면 STP가 자동으로 재구성하여 네트워크 복구

따라서 실제로 보낼때 한쪽방향을 통해서만 보내게 root와 bridge를 나눈다.

 

 

 

 

현재 bridge id가 낮은 스위치가 루트로 되어있음

왜 bridge id가 낮은 스위치가 루트가 되냐는 그냥 약속했다 함 

• 루트 브리지(Root Bridge) 선택
  • STP는 루프를 방지하기 위해 스위치 중 하나를 중심(root)으로 선택
  • 루트 브리지는 네트워크 전체에서 트리 구조의 기준점이 됨
  • Bridge ID가 가장 낮은 스위치가 루트 브리지로 선정
    • Bridge ID = Bridge Priority + MAC 주소
• 포트 역할 지정
  • 루트 포트(Root Port): 루트 브리지로 가는 최적 경로 포트 → 각 스위치마다 1개
  • 디자인ATED 포트(Designated Port): 각 세그먼트에서 루트 브리지로의 최적 포트 → 데이터 전송 허용
  • 차단 포트(Blocked Port): 루프 방지 위해 데이터 전송을 차단
    • 그림에서 노란색 불로 표시되는 것이 보통 이 차단 포트
• 데이터 흐름
  • 루프를 방지하기 위해 일방향 경로만 사용
  • 루트 브리지를 중심으로 트리 구조가 형성되고, 루프가 발생하지 않음