네트워크 인프라에서 루프는 네트워크 패킷이 목적지에 도달하지 못하고 두 개 이상의 네트워크 장치 사이를 끊임없이 순환하는 현상을 말합니다. 이러한 상황은 네트워크 장치 간에 중복되거나 여러 개의 경로가 존재하여 패킷이 무한히 루프를 돌게 되면서 발생합니다.
네트워크 루프는 네트워크 성능을 심각하게 저해하여 네트워크 속도 저하, 응답 없음, 네트워크 혼잡 증가, 심지어 네트워크 장애까지 초래할 수 있습니다. 안정적이고 효율적인 네트워크를 유지하려면 네트워크 루프를 방지하는 것이 매우 중요합니다.
네트워크 루프는 다양한 이유로 발생할 수 있습니다. 몇 가지 예는 다음과 같습니다.
- 잦은 연락: 스위치나 라우터와 같은 네트워크 장치 간의 반복적인 통신은 패킷이 여러 경로를 통해 이동하게 하여 네트워크 루프를 발생시키고, 이로 인해 혼잡과 루프 형성이 초래될 수 있습니다.
- 잘못 구성된 네트워크 장치: 잘못 구성된 네트워크 장치는 네트워크 루프를 유발할 수 있습니다. 예를 들어, 두 스위치 포트가 동일한 VLAN에 속하도록 잘못 구성된 경우 패킷이 두 포트 사이에서 재라우팅되어 루프가 발생할 수 있습니다.
- 네트워크 설계 문제: 네트워크 설계가 부실하면 네트워크 루프가 발생할 수 있습니다. 이중화를 고려하지 않고 설계된 네트워크에 중복 링크를 추가하면 네트워크 루프가 발생할 수 있습니다.
- 인간의 오류: 사람의 실수로 인해 네트워크 장치나 케이블을 구성하거나 수정하는 과정에서 오류가 발생하면 네트워크 루프가 발생할 수도 있습니다.
네트워크 루프를 방지하고 이와 관련된 네트워크 문제를 해결하는 방법을 살펴보겠습니다.
간격 트리 프로토콜(STP)
STP(Spacing Tree Protocol)는 네트워크 루프를 방지하는 데 널리 사용되는 효과적인 방법입니다. STP는 네트워크 토폴로지를 능동적으로 모니터링하고 중복 링크를 선택적으로 차단하여 루프 발생을 방지합니다. 이를 통해 두 네트워크 장치 간에 항상 하나의 활성 경로만 존재하도록 보장합니다. 결과적으로 STP는 루프로 인해 발생할 수 있는 브로드캐스트 스톰과 네트워크 혼잡을 예방합니다. 네트워크 루프를 방지하는 다른 방법들도 있지만, STP는 강력하고 신뢰할 수 있는 솔루션입니다. 대부분의 네트워크 장치에서 지원되며 기업 네트워크에 널리 구현되어 있습니다.
STP는 어떻게 작동하나요?
STP는 트래픽을 허용해야 하는 인터페이스를 결정하고, 나머지 인터페이스는 차단 상태로 설정합니다. STP는 인터페이스를 통과 상태로 설정할지 여부를 결정하는 데 세 가지 기준을 사용합니다.
- 급진적인 다리를 선택하다
- 루트 포트 선택
- 할당된 포트와 할당되지 않은 포트 선택
1. 루트 브리지 선택.
여러 개의 스위치로 구성된 네트워크에서 하나의 스위치가 루트 브리지로 선택되어 네트워크의 중심점이 됩니다. 루트 브리지는 네트워크 내 스위치들의 브리지 ID를 기반으로 하는 선출 과정을 통해 선정됩니다. 브리지 ID는 각 스위치에 할당되는 고유 식별자로, 우선순위 값과 주소를 조합하여 계산됩니다. 맥 변환기의 경우.
스위치에서 STP(Branching Tree Protocol)가 처음 활성화되면, 해당 스위치는 자신이 루트 브리지라고 가정하고 다른 스위치로 BPDU(Bridge Protocol Data Module) 메시지를 브로드캐스팅하기 시작합니다. BPDU 메시지를 수신하는 각 스위치는 발신 스위치의 브리지 ID와 자신의 브리지 ID를 비교합니다. 브리지 ID가 가장 낮은 스위치가 루트 브리지로 선택되고, 다른 모든 스위치는 그에 따라 STP 설정을 조정합니다.
두 스위치의 우선순위 값이 같을 경우, MAC 주소가 더 낮은 스위치가 루트 브리지로 선택됩니다. 우선순위 값이 같을 경우에는 포트 우선순위와 포트 ID를 기준으로 루트 브리지가 선택됩니다. 루트 브리지가 선택되면 네트워크 토폴로지가 계산되고, STP(스위치 테이크 페이)는 네트워크를 통해 데이터를 전달하는 최적의 경로를 결정합니다.
다음 예시에서는 스위치 1이 브리지 ID 값을 기준으로 루트 브리지로 선택되었습니다. 모든 스위치의 우선순위 값이 동일하지만, MAC ID와 우선순위 값을 조합했을 때 스위치 1의 MAC 주소가 가장 낮으므로 루트 브리지가 됩니다.
스위치에서는 기본적으로 STP(Branching Tree Protocol)가 활성화되어 있습니다. 아래 명령어를 사용하여 루트 브리지, 루트 포트 및 할당된 포트에 대한 세부 정보를 확인할 수 있습니다.
스패닝 트리 표시
2. 루트 포트를 선택하십시오.
각 비루트 브리지는 루트 브리지까지의 가장 효율적인 경로를 결정합니다. 최단 경로를 제공하는 포트가 해당 비루트 브리지의 지정된 루트 포트가 됩니다. 각 비루트 브리지는 루트 브리지까지의 가장 빠른 경로를 제공하는 하나의 루트 포트만 가집니다.
루트 포트는 루트 브리지에 접속하는 데 드는 비용을 비교하여 선택됩니다. 가장 낮은 비용을 가진 포트가 루트 포트로 지정됩니다. 포트 비용은 스위치와 루트 브리지 간의 링크 속도에 따라 결정됩니다. STP는 경로 비용이라는 지표를 사용하여 포트 비용을 계산합니다. 경로 비용은 링크 속도에 따라 달라지며, 속도가 높을수록 경로 비용이 낮아집니다.
루트 포트 선택 과정에서 루트 브리지가 아닌 브리지의 두 개 이상의 포트가 루트 브리지에 접근하는 데 드는 비용이 동일할 경우 동점이 발생할 수 있습니다. 이러한 경우 다음과 같은 동점 해결 메커니즘이 사용됩니다.
- 송신 스위치의 브리지 ID를 비교하여 브리지 ID가 더 낮은 스위치가 루트 브리지가 됩니다. 그런 다음 해당 포트가 루트 포트로 선택됩니다. 이 예에서 스위치 3은 스위치 1 또는 스위치 4를 통해 루트 브리지에 액세스할 수 있습니다.
- 브리지 ID 비교 후에도 동률이 발생하는 경우(동일한 스위치에 여러 링크가 연결된 경우 발생할 수 있음), 가장 낮은 인접 포트 우선순위 값이 사용됩니다. 기본 포트 우선순위 값은 128입니다. 동률이 계속되면 송신 스위치는 가장 낮은 우선순위를 가진 포트를 루트 포트로 선택합니다. 이 예에서 스위치 3은 루트 브리지에 액세스하는 링크가 여러 개 있으므로 송신 스위치의 브리지 ID가 동률이 됩니다.
이러한 동점을 해결하기 위해 포트 우선순위가 결정 요소로 사용됩니다. 이 포트들의 우선순위 또한 동일하므로 가장 낮은 포트 번호가 결정 요소로 사용되어 Fa0/3 포트가 루트 포트로 선택됩니다.
3. 지정항과 비지정항 선택
지정 포트는 네트워크 트래픽을 재라우팅하는 역할을 하며, 지정되지 않은 포트는 루프를 방지하기 위해 차단됩니다. 루트 포트 선택과 마찬가지로, 지정 포트는 루트 브리지에 도달하는 데 드는 경로 비용이 가장 낮은 포트를 기준으로 선택됩니다. 루트 브리지의 모든 포트는 지정 포트라는 점에 유의해야 합니다.
경로 비용이 같을 경우 스위치 ID를 비교하여 할당될 포트를 결정합니다. 스위치 ID도 여전히 같으면 로컬 포트 번호를 사용하여 승부를 결정하고 포트 번호가 더 작은 스위치에 포트가 할당됩니다.
특정 포트가 선택되면 스위치에서 지정되지 않은 다른 모든 포트는 차단 상태가 됩니다. 이는 네트워크에서 루프가 발생하는 것을 방지하고 트래픽이 올바른 방향으로 흐르도록 보장합니다.
결론적으로, 스패닝 트리 프로토콜(STP)이 루트 브리지, 루트 포트, 할당 및 미할당 포트를 선택하는 과정을 이해하는 것은 네트워크 성능을 심각하게 저해할 수 있는 네트워크 루프를 방지하는 데 필수적입니다. 네트워크 루프는 네트워크 속도 저하, 응답 없음, 네트워크 혼잡 증가, 심지어 네트워크 장애로 이어질 수 있습니다. 따라서 널리 사용되고 효과적인 네트워크 루프 방지 방법인 STP를 구현하는 것은 안정적이고 효율적인 네트워크를 유지하는 데 매우 중요합니다.
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