네트워크 브리지

3. 작동 원리

브리지는 OSI 참조 모델의 네트워크 계층(레이어 3) 프로토콜과는 독립적으로, 레이어 2의 프레임 교환을 수행한다. 즉, TCP/IP를 포함한 어떤 레이어 3 프로토콜을 사용하든 관계없이 레이어 2에서 프레임 교환을 처리한다.^[1]

네트워크 상의 호스트 수가 증가하면서 라우터의 수요가 증가했고, 브리지는 라우터 하위에서 레이어 2 프레임 교환을 수행하는 스위칭 허브로 발전했다. 레이어 3 패킷 교환은 네트워크 주소 간 릴레이 방식인 반면, 레이어 2 프레임 교환은 브리지에 직접 접속된 LAN 단말 간 MAC 주소를 기반으로 하드웨어가 1대1 교환을 한다.

브리지는 LAN 단말처럼 다단 접속이 가능하지만, 다른 브리지를 넘는 네트워크는 볼 수 없다. PPPoE 중계 기기도 (PPPoE) 브리지라고 불린다.

이더넷 환경에서 브리지 작동 원리는 다음과 같다.

1. MAC 주소 학습:

• MAC 주소를 가진 호스트 A가 시작되면, 자신의 MAC 주소를 송신자로 하는 브로드캐스트 프레임(목적지 MAC 주소=FFFF:FFFF:FFFF)을 전송한다.
• 브리지는 이 프레임을 수신하여 호스트 A의 MAC 주소와 해당 프레임을 수신한 포트를 학습한다. (MAC 테이블 작성)

• 브리지는 수신한 브로드캐스트 프레임을 모든 포트로 전송한다.
• 네트워크 상의 모든 호스트는 호스트 A의 MAC 주소를 학습한다. (단, 브로드캐스트 주소 자체는 학습되지 않는다.)

• 다른 호스트가 호스트 A에게 유니캐스트 프레임(특정 MAC 주소를 목적지로 하는 프레임)을 전송한다.
• 브리지는 프레임의 목적지 MAC 주소를 확인하고, MAC 테이블에서 해당 주소가 어느 포트에 연결되어 있는지 검색한다.
• MAC 주소가 학습된 포트와 유니캐스트 프레임을 수신한 포트가 같으면 프레임을 폐기하고 송신자의 MAC 주소를 다시 학습한다.
• 다른 포트에서 학습된 주소라면 해당 포트로 프레임을 전송한다.

• 브리지가 유니캐스트 프레임의 목적지 MAC 주소를 학습하지 못한 경우, 해당 프레임을 브로드캐스트와 동일하게 취급하여 모든 포트로 전송한다.
• 이후 목적지 호스트로부터 응답이 오면, 브리지는 해당 응답 프레임의 MAC 주소와 포트를 학습한다.
• 플러딩이 빈번하게 발생하면 네트워크 성능이 저하될 수 있다.

3. 1. 투명 브리징 (Transparent Bridging)

• MAC 주소 학습: MAC 주소를 가진 호스트가 시작되면, 해당 MAC 주소를 송신자로 하는 브로드캐스트 프레임을 전송하고, 브리지가 이를 수신하여 MAC 주소와 포트를 학습한다.
• 플러딩 (Flooding): 유니캐스트 프레임의 목적지 MAC을 학습하지 못한 경우, 브리지는 해당 유니캐스트를 브로드캐스트와 동일하게 취급하여 모든 인터페이스로 전송한다. 응답이 오면 해당 프레임으로부터 MAC 주소를 학습한다.

3. 2. 단순 브리징 (Simple Bridging)

3. 3. 다중 포트 브리징 (Multiport Bridging)

3. 4. 구현 (Implementation)

3. 5. 전달 방식 (Forwarding)

• '''저장 후 전달 방식''': 스위치는 각 프레임을 버퍼에 저장하고 오류를 검사한 후 전달한다. 프레임 전체가 수신된 후에 전달이 이루어진다.
• '''컷 스루 스위칭''': 스위치는 프레임의 목적지 주소를 수신하는 즉시 전달을 시작한다. 이 방식에서는 오류 검사가 이루어지지 않는다. 출력 포트가 사용 중일 때는 스위치가 저장 후 전달 방식으로 전환된다. 또한, 송신 포트가 수신 포트보다 빠른 데이터 속도로 실행될 때 저장 후 전달 방식이 일반적으로 사용된다.
• '''프래그먼트 프리''': 저장 후 전달 방식과 컷 스루 방식의 장점을 결합한 방식이다. 프래그먼트 프리는 프레임의 처음 64 바이트를 검사하는데, 여기에는 MAC 주소 정보가 포함된다. 이더넷 규격에 따르면 충돌은 프레임의 처음 64바이트 내에서 감지되어야 하므로, 충돌로 인해 중단된 프레임 전송은 전달되지 않는다. 패킷의 실제 데이터에 대한 오류 검사는 최종 장치에서 수행한다.
• '''적응형 스위칭''': 위의 세 가지 모드 중에서 자동으로 선택하는 방식이다.

4. 브리지와 스위치의 차이 (일본어 위키백과 내용)

브리지와 스위치는 모두 L2 장치라는 공통점이 있지만, 몇 가지 차이점이 있다.

참조

_[1] 웹사이트 Traffic regulators: Network interfaces, hubs, switches, bridges, routers, and firewalls https://learningnetw[...] Cisco Systems 2012-07-27
_[2] 웹사이트 What is a Network Switch vs. a Router? http://www.cisco.com[...] Cisco Systems 2012-07-27
_[3] 웹사이트 RFC 1286 - Definitions of Managed Objects for Bridges http://tools.ietf.or[...] Tools.ietf.org 2013-10-19
_[4] 웹사이트 Local Area Networks: Internetworking http://manipalitduba[...] manipalitdubai.com 2012-12-02
_[5] 웹사이트 Bridging Protocols Overview https://www.iol.unh.[...] iol.unh.edu 2012-12-02
_[6] 웹사이트 Transparent Bridging http://docwiki.cisco[...] Cisco Systems, Inc. 2010-06-20
_[7] 특허 Bridge circuit for interconnecting networks
_[8] 웹사이트 How Engineers at Digital Equipment Corp. Saved Ethernet https://spectrum.iee[...] IEEE Spectrum 2024-04-07
_[9] 서적 Network Dictionary https://books.google[...] Javvin Technologies Inc. 2016-06-25
_[10] 웹사이트 Cray makes its Ethernet switches responsive to net conditions https://books.google[...] IDG Network World Inc 1996-07-01
_[11] 뉴스 Alcatel-Lucent, Avaya, Huawei, Solana and Spirent Showcase Shortest Path Bridging Interoperability http://www.marketwir[...] Huawei 2011-09-11
_[12] 서적 The International Conference on Information Networking 2011 (ICOIN2011) IEEE Xplore 2011-03-03
_[13] 웹사이트 Lab Testing Summary Report; Data Center Configuration with SPB http://docs.media.bi[...] Miercom 2011-12-25
_[14] 웹사이트 IEEE approves new IEEE 802.1aq™ Shortest path bridging http://standards.iee[...] IEEE Standards Association 2012-06-19
_[15] 웹사이트 All Systems Down https://community.ci[...] IDG Communications, Inc. 2022-01-09
_[16] 웹사이트 All Systems Down https://www.computer[...] IDG Communications, Inc. 2022-01-09
_[17] 웹사이트 Rbridges: Transparent Routing https://courses.cs.w[...] Radia Perlman, Sun Microsystems Laboratories 2022-01-09
_[18] 웹사이트 Rbridges: Transparent Routing https://www.research[...] Radia Perlman, Sun Microsystems; Donald Eastlake 3rd, Motorola
_[19] 웹사이트 TRILL Tutorial http://www.postel.or[...] Donald E. Eastlake 3rd, Huawei
_[20] 웹사이트 IEEE 802.1: 802.1aq - Shortest Path Bridging https://ieee802.org/[...] Institute of Electrical and Electronics Engineers