CISCO_PART6_Switch & VLAN
1️⃣ STP_Spanning Tree Protocol
스위치나 브리지에서 발생하는 루핑을 막아주기 위한 프로토콜
스위치나 브리지 구성에서 출발지부터 목적지까지 경로가 2개 이상 존재할 때
1개만 남겨주고 하나는 끊어 두었다가
사용하던 경로에 문제가 생기면 그 때 끊어두었던 경로를 하나씩 살림
💡 STP 구성 단계
🟥 루트 브리지 뽑기
🟨 루트 포트 뽑기
🟩 데지그네이티드 포트 뽑기
2️⃣ 브리지 ID, Path Cost
브리지 ID
브리지나 스위치가 통신할 때 서로를 확인하기 위해 가지고 있는 번호
1
2
3
전체 8바이트(64비트)
Bridge Priority + Mac Address
2바이트(16비트) 6바이트(48비트)
Path Cost
한 스위치에서 다른 스위치로 가는데 드는 비용
Path Cost 속도 빠를수록⬆️ 값은 작다⬇️(그만큼 노력은 덜 든다)
3️⃣ STP 기본 규칙
루트 포트와 데지그네이티드 포트만 살릴거야
STP 프로토콜은 다음과 같은 기본 규칙을 적용해서 어느 쪽 링크를 살릴지, 끊을지 결정한다.
STP는 루트 포트와 데지그네이티드 포트만 살려두고 나머지 포트는 다 끊어버림 ☠️
❓ 루트 포트와 데지그네이티드 포트 뽑는 목적: 어떤 포트를 살릴지 결정하기 위해
첫째, 네트워크당 하나의 루트 브리지를 가진다.
루트 브리지: 기준이 되는 브리지
네트워크: 라우터로 구분되는 브로드캐스트 도메인
둘째, 루트 브리지가 아닌 나머지 모든 브리지는 무조건 하나씩의 루트 포트를 갖는다.
Non Root Bridge: 루트 브리지가 아닌 나머지 모든 브리지
루트 포트: 루트 브리지랑 연결할 수 있는 가장 가까운(빠른) 포트
셋째, 세그먼트 당 하나씩의 데지그네이티드 포트를 갖는다.
세그먼트: 브리지 또는 스위치 간에 서로 연결된 링크
Designated Port: 지정 포트
브리지나 스위치가 서로 연결되어 있을 때 이 세그먼트에서 한 포트는 무조건 Designated Port로 선출되어야 한다.
4️⃣ BPDU
BPDU(Bridge Protocol Data Unit): 루트 포트와 데지그네이티드 포트 정보 실어나르는 역할
BPDU: 스패닝 트리에 대한 정보를 담고 있으면서 매 2초에 한 번씩 뿌려지는 프레임
다음과 같은 정보들을 실어 나른다.
스위치는 BPDU를 주고 받으며 누구를 루트 포트, 데지그네이티드 포트로 뽑을지 정함.
그래서 결국 스패닝 트리 정보를 주고받아 스패닝 트리 완성하기 위함
- Root BID: 루트 브리지의 bridge id
- Root Path Cost: 루트 브리지까지 가는 경로값
- Sender BID: 보내는 브리지의 Sender bridge id
- Port ID: 어떤 포트에서 보냈ㄲ는지 알게 해주는 아이디
5️⃣ 누가 힘이 더 센가? 동점일 때 4단계로 순서 정하기 💪🏻
누가 루트 브리지, 루트 포트와 데지그네이티드 포트될지 정할 때 동점이면 정하기 순서가 필요하다.
1단계: 누가 더 작은 Root BID를 가졌는가?
2단계: 루트 브리지까지 Root Path Cost값은 누가 더 작은가?
3단계: 누구의 Sender BID(나의 BID)가 더 낮은가?
4단계: 누구의 Port ID가 더 낮은가?
🟥 Root Bridge 뽑기
🔴 부팅(전원 켜져서 스위치 작동 시작)
🟠 스위치끼리 BPDU 주고받기 시작
🟡 Root BID안에 자신의 BID 넣어서 전송(내가 제일 BID 낮겠지? 내가 루트 브리지겠징? 😚)
🟢 근데 다른 스위치의 BID가 나의 BID보다 낮다면 상대를 루트 브리지로 인정 (너가 대장 맞네^^🫡)
만약 특정 스위치를 꼭 루트 브리지로 만들고 싶다면?
그래서 브리지 ID안에 Bridge Priority가 있는 것이다.
Bridge Priority를 다른 스위치들의 값보다 작은 값으로 만들면, 뒤에 맥 어드레스가 어떻든 그 스위치가 가장 낮은 BID를 가질 것이다.
🟨 Non Root Bridge의 루트 포트 선출기
Root Bridge는 이미 정해졌고, 그럼 포트끼리 이제 경쟁 시작
Root Bridge가 아닌 Non Root Bridge라면 무조건 루트 포트 하나 있어야 한다.
Root Path Cost: 루트 브리지에서 가장 가까이 있는 포트
포트 중에서 가장 Root Path Cost가 작은 포트가 루트 포트가 된다.
🟰 루트 브리지까지의 Path Cost가 가장 작은 포트가 루트 포트가 된다.
🟩 스패닝 트리의 마지막 단계: 데지그네이티드 포트(Designated Port) 뽑기
세그먼트당 반드시 한 개의 데지그네이티드 포트가 있어야 함.
루트 포트는 되지 못했지만, 데지그네이티드 포트라도 되어 보겠어!
세그먼트 상에서 Root Path Cost(루트 브리지까지의 Path Cost)를 비교해 더 작은 값을 가진 포트가 데지그네이티드 포트가 된다.
⭐️ 루트 브리지의 모든 포트들은 언젠가 데지그네이티드 포트로 선정
(루트 브리지에서 루트 브리지까지 거리는 0이니까^^ 제일 작을수밖에 없음)
❓ 만약 한 세그먼트의 두 포트에서 Root Path Cost가 같다면?
이렇게 동점이 생겼을 때는 동점일 때 4단계로 순서 정하기 사용
🟪 Non Designated Port: 데지그네이티드 포트로도 선정되지 않은 포트들은 Non Designated Port가 된다.
6️⃣ 스패닝 트리 프로토콜의 5가지 상태 변화
✔️ Disabled
포트가 고장나서 사용 불가
네트워크 관리자가 포트 shutDown
- 데이터 전송 가능? ❌
- 맥 어드레스 배울 수 있는가? ❌
- BPDU주고 받는가? ❌
✔️ Blocking
스위치를 막 부팅(켰음)
Disabled된 포트를 살림
Blocking 상태의 포트로 접어들면 BPDU주고 받기 시작
BPDU주고 받으면서 차례대로 루트 브리지, 루트 포트, 데지그네이티드 포트 뽑고, non designated port뽑음
- 데이터 전송 가능? ❌
- 맥 어드레스 배울 수 있는가? ❌
- BPDU주고 받는가? ⭕️
✔️ Listening
이제 루트 브리지, 루트 포트, 데지그네이티드 포트, non designated port까지 다 선정되었음
그러면 이제 포트는 Listening 상태로 넘어감
- 데이터 전송 가능? ❌
- 맥 어드레스 배울 수 있는가? ❌
- BPDU주고 받는가? ⭕️
🥊 근데 새로운 스위치가 접속, 브리지나 스위치의 구성 값이 바뀜 ➡️ 다시 Blocking 상태
🥊 고장이 나거나 shutDown 명령 ➡️ 다시 Disabled 상태로 돌아감
✔️ Learning
Listening 상태에 있던 스위치 포트가 포워딩 딜레이(Forwarding Delay)디폴트 시간인 15초동안 그 상태를 유지하면 Learning 상태로
넘어간다.
드디어 맥 어드레스 배울 수 있음.
맥 어드레스 배워서 맥 어드레스 테이블(브리지 테이블)을 만든다.
- 데이터 전송 가능? ❌
- 맥 어드레스 배울 수 있는가? ⭕️
- BPDU주고 받는가? ⭕️
🥊 근데 새로운 스위치가 접속, 브리지나 스위치의 구성 값이 바뀜 ➡️ 다시 Blocking 상태
🥊 고장이 나거나 shutDown 명령 ➡️ 다시 Disabled 상태로 돌아감
✔️ Forwading
계속 루트 포트, 데지그네이티드 포트 포지션을 유지하고, 포워딩 딜레이(Forwarding Delay) 디폴트 시간인 15초동안 그 상태를 유지하면 Forwading 상태로 넘어간다.
포워딩 상태가 되어서야 비로소 포트끼리 데이터 프레임 주고받기 가능
즉, 블로킹 상태에서 포워딩 상태로 오려면 디폴트 포워딩 딜레이가 2번 지나 30초 지나야 가능
디폴트 포워딩 딜레이 시간인 15초를 Listening상태일 때 1번 기다리고, Learning 상태일 때 또 한번 기다려 총 30초
- 데이터 전송 가능? ⭕️
- 맥 어드레스 배울 수 있는가? 맥 어드레스 테이블(브리지 테이블) 만들고 있음⭕️
- BPDU주고 받는가? ⭕️
🥊 근데 새로운 스위치가 접속, 브리지나 스위치의 구성 값이 바뀜 ➡️ 다시 Blocking 상태
🥊 고장이 나거나 shutDown 명령 ➡️ 다시 Disabled 상태로 돌아감
7️⃣ 스패닝 트리에 변화가 생긴다면? 재편성
🔴 루트 브리지, 루트 포트, 데지그네이티드 포트 선정이 끝나 포워딩 상태
🟠 루트 브리지는 헬로 BPDU를 2초마다 Non Root Bridge로 전달, Non Root Bridge는 이것을 자신의 데지그네이티드 포트 통해 다시 전달
💥 링크에 문제가 생겨 끊어짐, 🎛️스위치가 헬로 BPDU 못 받음
🟡 🎛️스위치는 맥스 에이지 기다림.
🟢 기다려도 헬로 BPDU 받지 못하면, 스패닝 트리 재편성 시작
🔵 🎛️스위치는 다른 스위치에서 전달해 준 헬로 패킷을 자신의 다른 포트🚪로 받음
🟣 지금 헬로 패킷 받는 포트🚪를 루트 포트로 새로 선정
⚫️ 단, 루트 포트 새로 선정했다고 바로 포워딩 상태로 넘어가는 것은 아니고, 포워딩 딜레이 시간 15초씩 2번 기다림.
⭐️ Hello Time:
루트 브리지가 얼마 만에 한 번씩 헬로 BPDU를 보내는지에 대한 시간.
루트 브리지는 자신에게 연결된 브리지들에게 헬로 BPDU를 헬로타임마다 한 번씩 보낸다.
디폴트 Hello Time은 2초
⭐️ Max Age:
브리지들이 루트 브리지로부터 얼마 동안 헬로 패킷을 받지 못했을 때 루트 브리지가 죽었다고 생각하고 새로운 스패닝 트리 재편성 시작하는지에 대한 시간
브리지가 루트 브리지로부터 헬로 패킷 받지 못하면 Max Age만큼 기다린 후, 새로운 스패닝 트리 재편성 시작
⭐️ Forwarding Delay:
브리지 포트가 블로킹 상태에서 포워딩 상태로 넘어가는데 걸리는 시간
폴트 포워딩 딜레이 시간을 Listening상태에서 Learning 상태 넘어갈 때 1번 기다리고, Learning 상태에서 Forwarding 상태로 넘어갈 때 또 한번 기다려 Forwarding Delay 디폴트 타임의 2배가 된다.
8️⃣ 카타이스트 스위치란? 구성하기
9️⃣ 맥 어드레스를 저장하는 방법
Dynamic 방식
자동으로 배우는 방식
스위치나 브리지가 들어오는 맥 어드레스를 보고 자신의 맥 어드레스 테이블에 저장
주소 테이블에 있는 맥 어드레스를 찾으면 그 쪽 포트로 보내고 나머지 포트는 막음
콜리전 도메인 막음
그러다가 이 주소를 사용한지 300초가 지나면 맥 어드레스 테이블에서 지워버림(다 기억할 수는 없으니까, 메모리 확보)
Permanent 방식 ➡️ 스태틱 맥 어드레스
사람이 수동으로 값 저장
항상 맥 어드레스 테이블에 저장되어 지워지지 않음
이 맥 어드레스 알기 위해 Learning과정을 거칠 필요가 없음
그러나 주소가 바뀌면 자동으로 수정 불가, 메모리 낭비
🔟 가상의 랜 Virtual Lan
Virtual Lan은 스위치의 기능
같은 VLAN끼리는 스위치를 건너서 통신
VLAN간의 통신은 라우터를 통해서만 가능
Virtual Lan은 한 대의 스위치를 여러 대의 네트워크로 나누기 위해 사용
- Virtual Lan을 사용하면 한 대의 스위치를 마치 여러 대의 분리된 스위치처럼 사용 가능
- 한개의 포트에 여러 개의 네트워크 정보를 보내는 것이 가능하다.
스위치를 VLAN으로 나누는 방법
Static VLAN 방법
스위치의 각 포트들을 원하는 VLAN에 하나씩 배정
Dinamic VLAN 방법
VMPS가 그 포트에 접속하는 장비의 맥 어드레스의 VLAN을 보고 그 주소에 따라 VLAN을 달리 배정
VMPS: VLAN Membership Policy Server
스위치는 Learning 기능을 사용해 장비의 맥 어드레스 배움
맥 어드레스를 VMPS에게 전달
VMPS는 자신의 데이터베이스를 뒤져 방금 들어온 맥 어드레스에 해당하는 VLAN을 찾아 다시 스위치에게 전달
그러면 VLAN값을 받은 스위치는 그 장비의 VLAN를 방금 받은 값으로 저장
Virtual Lan: 스위치 안에 있는 각각의 스위치
🚪🚛 Trunk Port: 트렁크 포트
하나의 포트를 통해 서로 다른 여러 개의 VLAN을 전송할 수 있게 하는 포트 스위치 사이를 패스트 이더넷 포트틑 통해 연결
🚛 트렁킹
여러 개의 VLAN을 한 번에 전송하는 방식
VLAN이 하나의 링크를 통해 다른 스위치나 라우터로 이동
이동해서 주소 잘 찾아가기 위해 VLAN별로 이름표가 필요함.
이름표 붙이는 방식에 따라 트렁킹이 두 가지 방식으로 나뉨.
ISL 트렁킹
시스코에서 만든 트렁킹 프로토콜, 시스코 장비끼리만 사용
네이티브 VLAN이란 개념 없이, 모든 VLAN은 이름표를 가지고 있다.
IEEE 802.1Q방식
크렁킹 표준 프로토콜
네이티브 VLAN: 이름표 달지 않은 딱 한 개의 VLAN
VTP(VLAN Trunking Protocol)
스위치들 간에 VLAN정보를 서로 주고받아 스위치들이 가지고 있는 VLAN정보를 항상 일치시켜 주기 위한 프로토콜
시스코 만의 프로토콜
VTP enabled 되면, VTP서버에서 한 번만 VLAN정보를 변경해도 VTP 서버는 다른 스위치와의 트렁크 링크 🚛🚪통해 VLAN정보를 업데이트
모든 스위치에 일일이 VLAN정보를 업데이트 하지 않아도 VTP서버가 해주니까 짱 편함! 나는 VTP서버만 업데이트 해주면 끝이니까.
VTP에서의 VLAN정보는 스위치 간 트렁크 링크 🚛🚪 통해서만 전달된다.
VTP간 주고받는 메세지
Summary Advertisement
VTP서버가 자기에게 연결되어 있는 스위치들에게 5분마다 한 번씩 전달하는 메세지
자신이 관리하는 VTP도메인의 구성에 대한 Revision Number을 보낸다.
스위치들은 이 Revision Number을 보고 자신의 VLAN정보가 최신인지 아닌지 판단
또 VLAN 구성에 변화가 생기면 전달, 이 때는 5분마다 아니고 즉시 전달
Subset Advertisement
VLAN 구성이 변경되었을 때 또는 VTP 클라이언트로부터 Advertisement Request을 받았을 때 전송
실제 VLAN정보는 바로 이 Subset Advertisement에 저장되어 전달
Advertisement Request
클라리언트가 VTP서버에게 Summary Advertisement, Subset Advertisement 요청하는 용도
VTP의 세 가지 모드
VTP 서버 모드:
VLAN 생성, 삭제, 이름 바꾸기
VTP 도메인 안에 있는 나머지 스위치에게 VTP 도메인 이름, VTP구성, configuration revision넘버 전달
VTP서버는 VLAN정보를 NVRAM에 저장
VTP 클라이언트 모드:
VTP 서버가 전달해 준 VLAN정보 받고,
또 받은 정보를 자신과 연결된 다른쪽 스위치에 전달
따로 VLAN정보를 저장하지 않음
VTP Transparent 모드:
VTP도메인 영역 안에 있기는 하지만 ⭕️
VTP 서버로부터 메세지를 받아 자신의 VLAN을 업데이트하거나 자신의 VLAN정보를 전달하지 않음 ❌
자신과 연결된 다른 스위치쪽에서 서버쪽으로 가는 VTP메세지(3가지 Advertisement)를 전달해주는 역할 ⭕️
직접 VLAN을 만들고, 삭제하고, 다른 스위치들에게 자신의 VLAN정보 알리지 않음