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누가 루트 브리지가 될지를 정하고, 누가 루트 포트나 데지그네이티드 포트가 될지를 정하려면 어떤 순서가 필요합니다.

그래서 다음과 같은 4가지 단계를 통해 이런 순서를 정하게 됩니다.

지금 보신 4단계는 나중에 예제를 보고 설명 드리겠습니다.

브리지(스위치도 마찬가지)는 스패닝 트리 정보를 자기들끼리 주고받기 위해서 특수한 프레임을 사용하는데

이를 BPDU(Bridge Protocol Data Unit)라고 합니다.

BPDU는 루트 브리지의 BID인 Root BID, 루트 브리지까지 가는 경로값인 Root Path Cost,

보내는 브리지의 BID인 Sender BID, 그리고 어떤 포트에서 보냈는지를 알게해주는 Port ID 정보 등이 실려있습니다.

브리지나 스위치가 부팅을 하면 이들은 각각의 포트로 BPDU를 매 2초마다 내보내면서 서로의 스패닝 트리 정보를 주고받게 됩니다. 즉 브리지는 이 BPDU를 서로 주고받으면서 누가 루트 브리지이고 어떤 포트가 루트 포트가 될지,그리고 어떤 포트가 데지그네이터드 포트가 될지를 결정하게 됩니다. 그러니 BPDU는 스패닝 트리 프로토콜에서 우체부 아저씨와 같은 아주 중요한 역할을 합니다.

이 역할에 대해서는 뒤에서 살펴보기로 하고

핵심은 브리지나 스위치가 스패닝 트리 정보를 주고 받기 위해서 BPDU란 우체부를 사용하는데,

이때 어떤 BPDU가 가장 좋은 BPDU인가를 결정하기 위해 위에서 배운 4단계의 순서정하기를사용한다고 이해하시면 됩니다.

출처: 시스코 네트워킹

스패닝 트리 프로토콜은 복잡한 스위치의 루핑을 방지하기 위한 복잡한 프로토콜처럼 보이지만

사실은 기본적인 동작 세 가지만 이해하면 아주 단순 명료합니다.

그 세가지가 무엇인지부터 알아보겠습니다. 외워두시는게 좋습니다~

세세히 살펴보도록 하겠습니다.

첫째

여기서의 네트워크는 스위치나 브리지로 구성된 하나의 네트워크입니다.

따라서 라우터에 의해 나누어지는 브로드캐스트 도메인이 하나의 네트워크라고 생각하면 될 것 같습니다.

즉 하나의 브로드캐스트 도메인에  하나씩의 루트 브리지가 있는 것입니다.

여기서 루트 브리지는 한마디로 대장 브리지입니다.

즉 스패닝 트리 프로토콜을 수행할 때 기준이 되는 브리지(스위치)입니다.

둘째

루트 포트란 루트 브리지에 가장 빨리 갈 수 있는 포트를 말합니다. 즉 루트 브리지쪽에 가장 가까운 포트라고 볼 수 있습니다.

아까 말씀드린 대로 네트워크당 하나씩의 루트 브리지가 있으므로 루트 브리지를 제외한 나머지 모든 브리지는 자동으로

Non Root Bridge가 됩니다. 따라서 나머지 브리지들은 루트 브리지쪽으로 가장 가까이 있는 루트 포트를 하나씩 지정해주어야 합니다.

셋째

세그먼트란 쉽게 생각해 브리지 또는 스위치 간에 서로 연결된 링크라고 보시면 됩니다.

즉 브리지나 스위치가 서로 연결되어 있을 때 이 세그먼트에서 반드시 한 포트는 Designated Port로 산출되어야 한다는 겁니다.

예를 통해 이해를 돕도록 하겠습니다.

첫번째 규칙에 따라 스위치 A가 루트 브리지로 선정되었습니다.

선정 기준은 나중에 배울 것이며 여기에서는 그냥 루트 브리지로 뽑았는데 그것이 바로 스위치 A라고 가정하겠습니다.

그렇다면 두번째 규칙에 따라 나머지 모든 브리지들은, 즉 Non Root Bridge들은 루트 브리지쪽에 가장 가까운 루트 포트를 하나씩 선정해야겠죠? 그림에서 Non Root Bridge는 스위치 B와 스위치 C이기 때문에 각각의 스위치에서 하나씩의 루트 포트를 선정했습니다.

두 스위치 모두 E0 포트가 루트 브리지에 더 가까이 있기 때문에 E0가 루트 포트로 선정되었습니다.

마지막으로 각 세그먼트별로 하나씩의 데지그네이티드 포트를 지정해야 한다고 했으므로 세그먼트 1에서 스위치 A의 E0 포트와

스위치 B의 E0 포트중에서 하나는 데지그네이티드 포트로 선정해야 합니다. 누가 데지그네이티드 포트로 선정되는지는 나중에 더 자세히 알아보도록 하겠습니다.

결국 스패닝 트리 프로토콜은 지금 배운 세 가지 규칙을 이용해서 어느 쪽 링크를 살려두고 어느 쪽 링크를 끊을지 결정하는 과정입니다.

하나 더 기억하자면 스패닝 트리 프로토콜에서 루트 포트나 데지그네이티드 포트가 아닌 나머지 모든 포트는 다 막아버린다는 사실입니다.

즉, 루트 포트와 데지그네이티드 포트를 뽑는 목적은 어떤 포트를 살릴지 결정하기 위한 것입니다.

출처:시스코 네트워킹

스패닝 트리 알고리즘에 대해 간단히 글을 쓴 적이 있었는데 다시 언급하자면

스위치나 브리지에서 발생하는 루핑을 막아주기 위한 프로토콜입니다.

즉 스위치나 브리지 구성에서 출발지부터 목적지까지의 경로가 두 개 이상 존재할 때 한 개의 경로만을 남겨 두고

나머지는 모두 끊어 두었다가 사용하던 경로에 문제가 발생하면 그때 끊어 두었던 경로를 하나씩 살린다고 설명 드렸습니다.

그럼 STP(Spanning Tree Protocol)가 어떻게 동작하는지 한번 알아보도록 하겠습니다.

스패팅 트리 프로토콜을 이해하기 위해서는 브리지 ID와 Path Cost 개념을 이해하셔야 합니다.

브리지ID

브리지 ID란 브리지나 스위치들이 통신할 때 서로를 확인하기 위해 하나씩 가지고 있는 번호입니다.

브리지 ID도 규칙이 있습니다. 그림을 보면서 자세히 설명드리도록 하겠습니다.

그림에서 보는 것처럼 브리지 ID는 16비트의 브리지 우선 순위(Bridge Priority)와 48비트의 맥 어드레스 로

만들어집니다. 맨 앞에 'Bridge Priority'가 오고, 그 뒤에 바로 'MAC Address'가 오는 것이 바로 Bridge ID입니다.

브리지 우선 순위는16비트로 만들어지기 때문에 올 수 있는 수는 0부터 2의 16승-1까지가 됩니다.

따라서 0~65535까지가 됩니다. 그런데 브리지 우선 순위는 디폴트로 그 중간에 해당하는 값인 32768을 사용합니다.

즉 아무런 구성도 하지 않은 스위치나 브리지에서 Bridge Priority는 32768이라는 겁니다. 그리고 뒤에 맥 어드레스가 붙습니다.

이렇게 만들어진 Bridge ID는 나중에 스패닝 트리 프로토콜을 수행할 때 아주 중요한 값으로 사용됩니다.

Path Cost

Path Cost란 말 그대로 path=길, cost=비용이니까 '길을 가는데 드는 비용' 정도로 이해하면 됩니다.

네트워크 분야에서 길이란 장비와 장비가 연결되어 있는 링크를 말합니다.

즉 Path Cost란 브리지가 얼마나 가까이, 그리고 빠른 링크로 연결되어 있는지를 알아내기 위한 값입니다.

원래 스패닝 트리 프로토콜을 정의하고 있는 IEEE 802.1D에서는 이 COST 값을 계산할 때

1000Mbps를 두 장비 사이의 링크 대역폭으로 나눈 값을 사용했습니다. 

예를 들어 두 스위치가 10Mbps로 연결되어 있다고 가정하였을 때,

Path Cost는 1000Mbps를 둘 사이의 링크 대역폭으로 나눈 값이라고 했으니 1000/10 = 100

따라서 Path Costrk 100이 됩니다.

예를 하나 더 들어보자면 100Mbps로 연결된 링크라면 Path Costsms 1000/100이니 답은 10이 됩니다.

이 값은 링크의 속도가 빠를수록 낮게 나옵니다.

그런데 문제가 있습니다. 바로 기가비트(1000Mbps)와 ATM이 나온 것입니다.

왜 문제가 되는지 살펴보자면 아까 배운 대로 기가비트로 계산을 해보면 1000/1000 =1이 나옵니다.

그런데 만약 10기가비트라면 1000/10000이 되니 답이 0.1이 나오게 됩니다.

또 ATM인 OC-48은 2.4Gbps이니 1000/2400 =0.42가 나옵니다.

이렇게 다양한 속도가 나오면서 그동안 사용해 오던 계산법에 따라 계산을 하면 소수점이 나오는 문제가 생깁니다.

그래서 IEEE에서는 소수점이 나오지 않도록 하기 위해 각 속도마다 다음 표와 같은 Path Cost를 정의하게 되었습니다.

이 값들을 가지고 실제 Past Cost를 계산해보도록 하겠습니다.

스위치 A와 스위치 B는 10메가로 연결되어 있습니다. 따라서 Past Cost값은 100이 됩니다.

스위치 A와 스위치 C는 100메가로 연결되어 있는걸 보실 수 있습니다. 그럼 Past Cost는 19가 되겠죠?

스위치 D에서 스위치 A로 가는건 어떻게 될까요?

보시는 대로 스위치 D에서 스위치 C로 가는 Past Cost19와 스위치 C에서 스위치 A로 가는 Past Cost 19를 더한 값인 38이 됩니다.

출처:시스코 네트워킹

서브넷 마스크를 이해하기 위해서는 이진수와 Losical AND에 대한 이해가 필요합니다.

Losical AND에 대해 간단히 설명하자면 

Losical AND의 성질은 양쪽이 모두 1이여야 결과값이 1이 된다는 겁니다.

0 AND 0 = 0

0 AND 1 = 0

1 AND 0 = 0

1 AND 1 = 1 이라는 연산 결과가 나옵니다.

그럼 이제 서브넷 마스크에 대해 알아보도록 하겠습니다.

서브넷 마스크란 말 뜻 그대로 서브,즉 메인이 아닌 어떤 가공을 통한 네트워크를 만들기 위해서 씌우는 마스크라고 생각하면 됩니다.

예를 들어 클래스 B를 받아서 서브넷을 만들지 않고 그냥 사용하는 경우는 브로드캐스트 도메인이 너무 커져서 

브로드캐스트가 너무 많이 발생하게 됩니다. 따라서 정상적인 통신이 불가능해지며 이 네트워크에는 서브네팅이 필요합니다.

즉 서브넷 마스크는 커다란 네트워크를 잘게 나누기 위해서 필요합니다.

◇ 서브넷 마스크의 기본

모든 IP 주소에는 서브넷 마스크가 따라다닙니다.

IP 주소를 나누어서 쓰기 위해서 사용하는 서브넷 마스크는 그 주소를 나누지 않더라도 항상 그 옆에 붙어 다닌다는 겁니다.

그래야 그 주소를 나눈 건지 나누지 않은 건지 알 수 있기 때문입니다.

나누지 않고 쓰는 경우의 서브넷 마스크를 디폴트 서브넷 마스크, 즉 기본 서브넷 마스크 라고 합니다.

클래스 C의 경우 디폴트 서브넷 마스크는 255.255.255.0입니다.

클래스 B의 경우 디폴트 서브넷 마스크는 255.255.0.0이고, 또 클래스 A는 255.0.0.0입니다.

그럼 서브넷 마스크는 어떻게 고쳐야 할까요?

여기서 정확히 알아두어야 할 것이 '서브넷 마스크란 IP 주소를 가지고 어디까지가 네트워크 부분이고, 또 어디까지가 호스트 부분인가를 나타내는 역할은 한다'는 겁니다. 따라서 서브넷 마스크를 보면 그 IP 주소의 네트워크 부분과 호스트 부분을 알 수 있습니다.

이때 네트워크 부분은 서브넷 마스크가 이진수로 '1'인 부분이고, 호스트 부분은 서브넷 마스크가 이진수로 '0'인 부분입니다.

예를 들어 210.100.100.1의 서브넷 마스크가 255.255.255.0이라면 255.255.255.0은 1111 1111.1111 1111.1111 1111.1111 1111.과 같습니다.

1인 부분이 네트워크 부분이므로 앞에 세자리까지는 네트워크 부분이 되고 뒤에 한 자리는 호스트 부분이 되는 겁니다.

따라서 210.100.100이 네트워크 부분이고 나머지 1이 호스트 부분입니다.

클래스 C의 성격과 똑같죠? 그래서 255.255.255.0이 클래스 C의 디폴트 서브넷 마스크가 되는 겁니다. 

즉 서브넷 마스크는 디폴트 서브넷 마스크와 무언가 변형을 한 서브넷 마스크로 나누어 볼 수 있습니다.

그리고 서브넷 마스크를 사용하는 이유는 커다란 네트워크(호스트 숫자가 많은 네트워크)를 작은 네트워크 여러 개로 나누어서 쓰기 위해서 입니다. 서브넷 마스킹은 기존 IP 주소의 호스트 부분의 일부를 네트워크 부분으로 바꾸는 작업입니다.

◇ 서브넷 마스크의 기본 성질 

서브넷 마스크로 만들어진 네트워크, 즉 서브넷은 이제 하나의 네트워크이기 때문에 서로 나뉘어진 서브넷끼리는 라우터를 통해서만 통신이 가능합니다. 즉 서브넷은 하나의 독립된 네트워크로 생각하면 됩니다.

또 하나의 성질은 서브넷 마스크는 이진수로 썼을 때 '1'이 연속적으로 나와야 한다는 겁니다.

예를 들어 255.255.255.10이란 서브넷 마스크는 사용할 수 없습니다.

왜냐하면 이진수로 바꿨을 때 1111 1111.1111 1111.1111 1111.0000 0101로 0101과 같이 1이 연속적으로 나오지 않았기 때문에 

이런 서브넷 마스크는 사용하지 않습니다.

출처:시스코 네트워킹 

클래스 B는 맨 앞이 반드시 10(이진수)으로 시작됩니다. 뒤에는 어떤 숫자가 와도 상관 없습니다.

즉 10.xx xxxx.xxxx xxxx.xxxx xxxx.xxxx xxxx.입니다.

이 조건에 맞는 가장 작은 수와 가장 큰 수를 알아보자면

가장 작은 수는 1000 0000.0000 0000.0000 0000.0000 0000이고 십진수로는 128.0.0.0 입니다.

가장 큰 수는 1011 1111.1111 1111.1111 1111.1111 1111이고 십진수로는 191.255.255.255가 됩니다. 

클래스 B의 경우는 앞의 16비트(즉 옥테트 두 개, 맨 앞의 두 자리 십진수 부분)가 네트워크 부분을 나타내고

나머지 16비트(즉 두 개의 옥테트, 나머지 2개의 십진수)가 호스트 부분을 나타낸다는 약속이 있습니다.

그래서 클래스 B는 가장 작은 네트워크 128.1.0.0에서 가장 큰 네트워크 191.254.0.0(네트워크를 나타낼 때는 호스트 부분은 모두 0으로 씁니다.)까지가 포함됩니다.

마지막으로 클래스 C를 알아보겠습니다.

클래스 C의 경우는 맨 앞이 110(이진수)으로 시작됩니다. 뒤에는 어떤 숫자가 와도 상관없습니다.

즉 110x xxxx.xxxx xxxx.xxxx xxxx.xxxx xxxx입니다.

이번에도 이 조건에 맞는 가장 작은 수와 가장 큰 수를 알아보자면

가장 작은 수는 1100 0000.0000 0000.0000 0000.0000 0000이고 십진수로는 192.0.0.0입니다.

가장 큰 수는 1101 1111.1111 1111.1111 1111.1111 1111이고 십진수로는 223.255.255.255가 됩니다.

클래스 C의 경우 앞의 24비트(즉 옥테트 세 개, 맨 앞의 세 자리 십진수 부분)가 네트워크 부분을 나타내고 

나머지 8비트(즉 한 개의 옥테트, 나머지 한 개의 십진수)가 호스트 부분을 나타낸다는 약속이 있습니다.

그래서 클래스 C는 가장 작은 네트워크 192.0.1.0에서 가장 큰 네트워크 223.255.254.0(네트워크를 나타낼 때는 호스트 부분은 모두 0으로 씁니다.)까지가 포함됩니다.

클래스 A,B,C에 대해서 전부 알아보았습니다.

이렇게 클래스를 나누는 이유는 IP 주소를 적정하고 효율적으로 배분하기 위한 것입니다. 

앞으론 어떤 IP주소를 만나더라도 네트워크 부분과 호스트 부분을 알아낼 수 있을 것입니다~ 

출처:시스코 네트워킹 

앞에서 알아본 것처럼 IP 주소는 32자리 2진수로 구성되어 있습니다. 

'네트워크 부분(Network Part)'과 '호스트 부분(Host Part)'에 대해 알아보도록 하겠습니다. 

여기서 말하는 네트워크란 하나의 브로드캐스트 영역(Broadcast Domain)이라고 생각하면 됩니다.

하나의 PC가 데이터를 뿌렸을 때 그 데이터를 라우터를 거치지 않고도 바로 받을 수 있는 영역이란 뜻입니다. 

한 브로드캐스트 영역 안에 있는 두 PC는 라우터 없이도 통신이 가능하지만 그렇지 않은 경우에는 라우터를 꼭 거쳐야 합니다.

즉 "한 네트워크"란 용어의 정의는 하나의 브로드캐스트 영역이란 말인 동시에 라우터를 거치지 않고도 통신이 가능한 영역"이란 뜻입니다.

호스트는 각각의 PC 또는 장비라고 생각하면 됩니다.

이렇게 네트워크와 호스트에 대해 알아보는 이유는 IP 주소 자체는 네트워크 부분과 호스트 부분으로 나누어져 있기 때문입니다.

따라서 어떤 네트워크에서든지 "하나의 네트워크"에서는 네트워크 부분은 모두 같아야 되고 호스트 부분은 모두 달라야 정상적인 통신이 일어난다는 겁니다. 또 하나 알아 두셔야 할 내용은 IP 주소 중에 네트워크 부분만이 라우터가 라우팅 할 때 참고하는 부분이라는 겁니다.

IP 주소를 보고 네트워크 부분과 호스트 부분을 나누는 방법은 서로 간의 약속입니다.

그런 약속을 해놓은 것이 바로 IP 주소의 Class입니다. IP 주소는 5개의 Class로 구분됩니다. 

클래스 3개정도 알아보도록 하겠습니다. 나머지 두 개는 멀티캐스트용, 연구용으로 생각하면 됩니다.

IP 주소의 클래스(Class)는 A,B,C,D,E로 구분됩니다.

이렇게 클래스에 따라서 어디까지가 네트워크 부분이고 어디까지가 호스트 부분인지가 나누어집니다. 

하나의 네트워크가 호스트의 수를 몇 개까지 가질 수 있는가에 따라서 클래스가 나누어집니다.

각각 클래스에 대해 알아보도록 하겠습니다.

다음 글에서 클래스 B,C에 대해 알아보도록 하겠습니다.

출처: 시스코 네트워킹 

우리가 보통 쓰는 IP 주소는 이진수를 다시 십진수로 만들어서 쓰는 방식입니다.

IP 주소는 이진수 32자리로 되어있습니다. 

이를 그대로 사용하면 너무 어려우므로 좀 더 익숙한 십진수 방식으로 다시 고쳐서 사용하는 겁니다.

물론 컴퓨터는 이것을 이진수로만 이해하기 때문에 다시 이진수로 바꾸어 주어야 합니다. 

이진수 8자리마다 점을 찍는데 이들 8개를 묶어서 "옥테트(octet)"라고 부릅니다. 

그래서 IP 주소는 총 4개의 옥테트(octet)로 나누어지는 겁니다. 4개의 옥테트니까 32비트가 되는 겁니다. 

위의 그림처럼 조그만 네트워크를 꾸민다고 가정했을 때, 시스코 라우터 2501로 예를 들어보겠습니다. 

이더넷 인터페이스는 1개이고 인터넷과 접속하기 위한 시리얼 인터페이스는 2개입니다.

그리고 시리얼 인터페이스는 DSU 또는 CSU라는 전용선 모뎀에 연결됩니다.

위와 같은 가정에서 우리가 라우터에 부여해야 하는 IP 주소는 두 개가 됩니다.

하나는 이더넷 인터페이스에 부여할 것하고 또 하나는 시리얼 인터페이스에 부여할 IP 주소입니다.

이더넷용 IP주소는 우리가 내부에서 사용하기 위해 부여 받은 IP 주소 중 하나를 배정해야 합니다.

라우터의 이더넷쪽은 내부 네트워크에 접속되기 때문입니다. 

예를 들어 우리가 내부 PC용으로 부여 받은 주소가 203.120.150.1~203.120.150.255까지라면 라우터의 주소는 그 중 하나,

이럴 때는 보통 중요하기 때문에 맨 앞의 번호를 씁니다. 그래서 라우터의 주소는 203.120.150.1이 부여되는 겁니다.

이때 라우터에 부여한 주소는 또 다시 PC에 부여하면 안 됩니다. 이건 모든 PC에서도 마찬가지입니다.

시리얼 주소는 우리 마음대로 부여할 수 있는 게 아닙니다. 

라우터가 접속하는 상대편(ISP 업체)라우터의 시리얼 인터페이스와 IP 주소를 서로 맞추어야 하기 때문입니다.

일단은 내부용 IP주소와는 다른 네트워크가 됩니다.  

다음 글에서 IP 주소에 대해 이어서 알아보도록 하겠습니다.  

스위치는 비슷한 스펙을 가지고 비교했을 때 라우터보다 가격이 저렴하고

속도도 라우터는 내부에서 처리하는 일이 많아서 패킷을 처리하는 속도가 느릴 수 밖에 없습니다. 

스위치는 대부분 전원만 공급해주면 사용이 가능하지만 라우터는 프로토콜도 정해 주어야 하고 네트워크도 설정해 주어야 합니다.

지금까지로 보면 스위치가 우세한데 라우터는 왜 쓸까요?

스위치로 풀 수 없는 한계가 있습니다. 

첫번째로는 브로드캐스트입니다. 

만약 우리가 사용하는 인터넷 전체가 하나의 브로드캐스트 영역이라고 가정해봅시다.

그러면 독일에 있는 PC가 켜졌다 꺼져도 이 브로드캐스트가 우리나라에 있는 제 PC까지 전달되게 됩니다. 

또 통신을 할 때 상대편의 맥 주소를 찾기 위해 ARP를 사용하는데 이게 바로 브로드캐스트입니다. 

전 세계 PC들이 하루에 어마어마하게 ARP를 사용하는데 이런 상황이 발생한다면 PC 자체도 사용이 불가능해집니다. 

브로드캐스트는 CPU 성능도 저하시키기 때문이죠. 따라서 브로드캐스트 영역을 나누는 것은 정말 중요한 일입니다.

이러한 브로드캐스트 영역을 나누기 위해서는 라우터가 꼭 필요합니다.

브로드캐스트 영역을 나눌 때는 사용하는 프로토콜이나 어플리케이션 프로그램에 따라서 약간의 차이가 있습니다. 

보통 권고 사항은 

●IP : 약 500노드

●IPX : 약 300노드 

●Apple Talk : 약 200노드 정도가 좋다고 합니다. 

하지만 실질적으로는 여기 기준에서 약 반정도만 사용하셔야 제대로 네트워크를 사용할 수 있습니다. 

예를들어 IP는 250 노드 정도겠죠?

또한 라우터는 스위치가 보장 못하는 보안 기능, 즉 패킷 필터링 기능을 제공합니다.

띠라서 네트워크 주소에 따라 전송을 막았다 풀었다하는 필터 기능을 제공해서 

불필요한 트래픽이 전송되는 것을 막습니다.

또 하나 라우터가 제공해주는 기능은 로드 분배입니다.

즉 여러 개의 경로를 가지고 있기 때문에 데이터가 여러 경로를 타고 날아갈 수 있습니다.

따라서 한쪽 경로에 문제가 생겨도 바로 다른 경로를 타고 날아갈 수 있습니다.

물론 스위치도 로드 분배가 가능하지만 이것은 굉장히 제한적입니다.

따라서 스위치와 라우터를 적당히 사용해야 합니다^-^