[네트워크] Switch란? (L2 ~ L7 Switch)

Switch가 하는일은 경로 선택, 즉 Switching이다. Switching을 해주는 기기는 모두 Switch이기 때문에, 어떤 한 장치를 지칭하는 단어가 아니라는 점에 유의해야 한다. 대표적인 예로 Router는 기본적으로 IP Layer에서 스윗칭을 하는 기기다. 즉, 스위치는 라우터를 포함하는 개념이다. 이걸 왜 설명하지?라고 생각할 수 있겠지만 필자는 헷갈렸다..

 

네트워크를 도로로, 패킷을 자동차라고 생각했을 때, Switch는 교차로에 존재하고있다가, 그 교차로에서 routing table이라는 이정표를 보고 패킷이 가야할 경로로 switching해준다. 물론 이때 이 routing table을 적절한 알고리즘으로 계산하기 위해 자기들끼리 프로토콜을 가지고 최적화된 경로를 결정한다.

 

자 여기서 이제 스위치에 대해 알아야 할 용어들을 정리해보자

• 스위치 : 교차로에 존재하면서, 스위칭을 하는 기기
• 스위칭 : 경로를 선택하는 행위
• 라우팅 테이블 : 스위치가 경로를 선택하기 위해 참고하는 이정표
• 라우터 : L3스위치의 일종

정리하면 인터넷을 이루는 요소 중 가장 큰 역할을 하는 스위치인 라우터는 L3스위치의 일종이다. 그 외에도 다양한 종류의 스위치가 있으며, 본 글에서는 어떤 종류의 스위치가 있는지 다뤄보도록 하겠다.

 

다양한 종류의 switch들

 

이렇게 각 종류의 스위치들을 OSI 7계층에 따라 각각 다뤄보는 이유는 각 레벨에서의 스위치들이 다 위 사진처럼비슷하게 생겼는데, 하는 역할이 다르기 때문이다. 그리고 이 스위치들을 다룰 때 한 가지 주의할 점은 스위치의 상위 계층은 하위 계층의 기능을 모두 포함하고 있다는 점이다. 쉽게 말해 L4 스위치는 L1~L3 스위치들의 기능을 다 가지고 있다.

 

L1 스위치 : 허브, 더미허브

L1 스위치는 말 그대로 OSI Layer1 계층에서 작동하는 스위치를 의미한다. L1기능만 하는 스위치를 허브라고 부르는데, 인터페이스에 꽂혀있는 모든 기기들에게 자신에게 넘어온 데이터를 모두 전달한다.

 

L2 스위치 : 스위칭 허브

L2 스위치는 MAC주소를 기반으로 자신에게 연결된 기기들을 식별하여 프레임을 전달한다. L2스위치인 이유는 MAC주소가 OSI계층 중 2계층에 해당하기 때문이다.

L2 스위치는 ~프로토콜에 의해 동작하고, 해당 프로토콜의 동작 방식은 추후 다른 글에서 자세히 다뤄보도록 하겠다.

 

L3 스위치 : 라우터, 공유기

L3 스위치는 IP주소를 기반으로 자신에게 연결된 기기들을 식별하여 패킷을 전달한다. L3 스위치인 이유는 IP주소가 OSI계층 중 3계층에 해당하기 때문이다. L3스위치를 라우터라고 부르며, 앞서 말했듯 상위계층의 스위치는 하위 계층의 기능을 포함하기 때문이 라우터는 L2스위치의 기능을 포함하고 있다.

 

L4 스위치 : 로드밸런서

L4 스위치는 IP주소와 포트 번호를 기반으로 자신에게 연결된 서버들에게 요청을 전달하고, 서버 작업 결과를 대신 받아 클라이언트에게 전달한다. 흔히 L4 스위치를 로드밸런서라고 부르고, 부하를 분산해서 여러 서버들에게 전달하는 역할을 담당한다. 부하 분산 뿐만 아니라 한 서버에서 장애가 발생했을 때 Failover 기능(ACITVE-ACTIVE / ACTIVE-STANDBY)을 담당한다.

 

L4 스위치의 특징은 아래와 같다

 

1) 메시지의 content를 확인하지 않는다.

2) IP 주소와 Port번호만으로 패킷의 경로를 선택한다.

3) 로드밸런서의 NAT에 의해 src, dest IP주소가 변경된다.

L7 스위치 : 리버스 프록시, 보안스위치

L7스위치는 어플리케이션 영역의 스위치로, L4와 비슷하게 서버들의 로드밸런싱을 위해 사용된다. 하지만 L4 스위치와의 차이는 아래와 같다.

 

L4 스위치(L4 로드밸런서) : OSI 3 Layer의 IP주소와 4 Layer의 TCP/UDP포트 정보를 보고 스위칭

 

L7 스위치 (L7 로드밸런서): IP주소 + 포트번호 + L5~L7(Session, Presentation, Application) 패킷 payload까지 보고 스위칭 (예: HTTP/HTTPS헤더, payload정보, URL type, 쿠키 등)

 

쉽게 말해 L4 로드밸런서는 포트번호를 이용하여 트래픽을 분산처리한다면, L7 로드밸런서는 패킷에 적힌 URL, 쿠키정보 바이러스 패턴을 분석하는 등 더 정교한 로드밸런싱을 수행한다. 또한 L7 로드밸런서는 웹방화벽, UTM장비와 같은 보안스위치라고도 부른다.

 

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자 이제 여러 종류의 스위치에 대해 다루어봤다. 여기까지는 정말 초초초초초 기본이고, 이제 각 스위치들이 어떤 기능을 하는지, 어떤 프로토콜로 동작하는지 등에 대해 탐구해 봐야한다. 

 

이번 글은 Intro정도로 생각하고, 추후 글들에서 스위치들의 세부 내용을 다뤄보도록 하겠다.