Bridge

Data Link Layer에서 작동하며 2개 이상의 LAN을 Interconnect하고 해당 LAN들의 패킷을 포워딩한다. 각 LAN에는 영향을 끼치지 않으며 Self-Configuration이 가능하여 별도의 설정 없이 사용가능 하다.

Routing

패킷을 보낼 목적지가 2개 이상의 호스트를 거쳐야(Multiple Hop) 할 경우 경로를 설정하는 방법은 다음과 같다.

  • Fixed Routing : 항상 지정된(고정된) 경로를 사용한다..
  • Source Routing : 보내는 측에서 경로를 지정한다.
  • Spanning Tree Routing : 현재 네트워크의 구성을 그래프로 표현했을때, Spanning Tree가 되도록 설정한다.

Fowarding

브릿지는 포워딩 시, 목적지 호스트의 위치를 알고 있다면 브릿지의 특정 포트로 패킷을 포워딩하면 되지만, 알지 못한다면 브릿지와 연결된 모든 호스트 및 브릿지에게 패킷을 Flooding 한다. Flooding된 패킷을 받은 호스트는, 목적지가 자신이라면 응답을, 아니라면 무시한다.

브릿지는 받는 패킷으로 부터 각 호스트의 주소를 저장한다. 즉, 자신을 통해 패킷을 보내지 않는 호스트의 위치는 알 수 없다.

Flooding된 패킷을 다른 브릿지가 받고, 그 브릿지 또한 목적지의 위치를 알지 못한다면 다시 Flooding이 일어나게 되고, 이 패킷은 결국 처음의 브릿지로 가게 될 뿐만 아니라, 두 브릿지 사이를 계속 순환하게 되어 지속적인 네트워크 트래픽을 발생시키는데 이를 Broadcast Storm(브로드캐스트 스톰)이라 한다.

STP(Spanning Tree Protocol)

브로드캐스트 스톰과 같은 낭비를 막기 위해서는 네트워크 구성을 그래프로 표현했을 때(노드 = 브릿지), 모든 노드가 그래프에 연결되어 있고, 한 노드에서 다른 한 노드로 가는 경로를 단 1개로 제한하는 Spanning Tree 구조를 취함으로서 해결할 수 있다. 또한 경로가 1개로 고정되므로 여러 브릿지로 부터 접근가능한 호스트가 있을 시, 포워딩 테이블에서 Fault(실패)가 발생하는 것을 없앨 수 있다.

Spanning Tree와 같은 자료구조는 본 포스트에서 다루지 않습니다. 참고 자료 1, 참고 자료 2

Elect a Root Bridge

Spanning Tree에서 기준점(Root Node)를 맡을 브릿지를 선출한다. 이 때 각 브릿지에 있는 브릿지 ID(브릿지 우선순위와 MAC 주소의 연속)에서 브릿지 우선순위가 가장 작은 브릿지가 루트 브릿지가 된다. 우선순위가 같다면 MAC 주소를 기준으로 한다.

우선순위는 기본적으로 32768(0x8000)이며 수정이 가능하다.

Compute a Spanning Tree

각 브릿지는 루트 브릿지로 부터의 최소 경로를 계산하며, 해당 경로에서 사용된 포트를 Root Port(루트 포트)라 한다.

브릿지가 아닌 호스트들도 루트 브릿지까지의 최소 경로를 갖는 브릿지를 결정한다. 해당 호스트와 연결된 브릿지의 포트를 Designated Port(지명 포트)라 한다.

최소 경로가 2개 이상 있을 시에는 브릿지 ID가 낮은 브릿지를 선택한다.

이렇게 모든 계산이 끝난 후에, 루트 포트와 지명 포트가 아닌 모든 포트를 닫는다.

BPDUs(Bridge Protocol Units)

STP를 통해 Spanning Tree를 구성하기 위해서는 전체 네트워크 망에 대한 정보를 가지고 있어야 하기 때문에 각 브릿지들이 충분한 정보를 가질 수 있도록 각 브릿지들은 BPDU라 불리는 데이터를 통해 정보를 교환한다. BPDU에는 다음과 같은 종류가 있다.

  • Configuratino BPDU(CBPDU) : Spanning Tree 계산 시 사용
  • Topology Change Notification(TCN) BPDU : 망 구성(토폴로지) 변경을 알리기 위해 사용
  • Topology Change Notification Acknowledgement(TCA) : TCN BPDU에 대한 응답

BPDU는 정기적으로 교환되어 토폴로지 변화 감지와 포워딩을 제어한다.

참고 자료, Reference

영문 위키피디아에 STP 과정이 그림과 함께 설명되어 있습니다. 참고하시면 좋을 듯 하네요 :)

본 문서는 부산대학교 정보컴퓨터공학부 김종덕 교수님의 컴퓨터 네트워크 강의의 내용을 기반으로 작성됩니다.