레이어 2 vs 레이어 3 스위치, 차이점은 무엇인가요?

Layer 2 스위치는 네트워크 및 클라이언트 장치를 연결하는 데 널리 사용됩니다. 그러나 최신 네트워크 애플리케이션의 발전과 통합 네트워크 구현으로 인해 복잡한 엔터프라이즈 네트워크, 데이터 센터 및 비즈니스 애플리케이션에서 Layer 3 스위치가 널리 채택되었습니다. 이 문서는 Layer 2와 Layer 3 스위치의 차이점을 소개하고 최적의 네트워크 스위치를 선택하는 데 도움이 되는 인사이트를 제공하는 것을 목표로 합니다.

OSI 모델이란 무엇인가요?

개방형 시스템 간 상호 연결(OSI) 모델은 네트워크 통신을 정의하고 설명하는 데 활용되는 참조 모델입니다. 애플리케이션 계층, 프레젠테이션 계층, 세션 계층, 전송 계층, 네트워크 계층, 데이터 링크 계층 및 물리 계층을 포함한 7개의 고유한 계층으로 구성됩니다. Layer 2 및 Layer 3 OSI 모델은 각각 데이터 링크 계층과 네트워크 계층에 해당합니다. OSI 모델의 지침에 따라 이러한 각 계층에서 작동하는 스위치는 Layer 2 스위치 및 Layer 3 스위치로 식별됩니다.

Layer 2 Switch란 무엇인가요?

Layer 2 스위치는 OSI 모델의 데이터 링크 계층에서 작동하며 네트워크 장치를 사용하여 Media Access Control (MAC) 주소를 통해 프레임의 목적지를 결정합니다. 스위치와 브리지의 주요 기능은 Layer 2 스위칭을 용이하게 하는 것으로, 이는 큰 충돌 도메인을 여러 개의 작은 충돌 도메인으로 나누는 것을 포함합니다.

충돌 도메인은 데이터 패킷 충돌이 발생할 수 있는 네트워크의 특정 세그먼트를 의미합니다. 이러한 충돌은 공통 네트워크 세그먼트 내의 두 개 이상의 네트워크 장치가 동시에 데이터 패킷을 전송하려고 할 때 발생합니다. 충돌의 결과로 영향을 받은 장치는 패킷을 재전송해야 하며, 이로 인해 네트워크 전송 효율이 저하됩니다.

근거리 통신망(LAN)에서는 장치들이 일반적으로 허브라고 알려진 중앙 장치를 통해 상호 연결됩니다. 그러나 허브는 트래픽 흐름을 관리할 수 없고 큰 충돌 도메인을 생성하는 등 중대한 단점이 있습니다. 이 문제를 극복하기 위해 브리지가 도입되었으며, 이는 충돌 도메인을 효과적으로 분할합니다. 그럼에도 불구하고 브리지는 포트 수 측면에서 제한적이어서 더 큰 네트워크에는 효과적이지 않습니다. 반면 스위치는 들어오는 트래픽을 검사하고 최적의 전달 경로를 결정할 수 있기 때문에 널리 활용됩니다. 또한 스위치는 포트를 통해 여러 개의 독립적인 충돌 도메인을 제공하여 충돌 가능성을 제거합니다.

레이어 2 스위치의 기능

레이어 2 스위치는 다음 기능을 수행합니다:

MAC 주소 학습: 스위치는 해당 포트에서 수신된 프레임의 소스 주소를 분석하여 각 포트에 연결된 장치의 MAC 주소를 학습합니다.

메시지 전달: 스위치는 두 가지 모드로 프레임을 전달합니다: Unicast(특정 대상으로 지정됨) 및 Unknown Unicast(소스를 제외한 모든 포트로 플러딩). 이는 특수 Application-Specific Integrated Circuits(ASICs)를 사용하여 수행됩니다.

필터링: 스위치는 프레임을 필터링하고 MAC 주소가 이전에 학습된 스위치 포트로만 전달하여 네트워크 혼잡을 줄입니다.

스패닝 트리 프로토콜(STP): 스위치는 중복 링크를 식별하고 비활성화하여 네트워크 루프를 방지하기 위해 STP를 사용합니다.

투명 브리징: 스위치는 투명 브리지 역할을 하며 LAN의 연결된 세그먼트 간에 프레임을 전달합니다.

VLAN: 스위치는 Virtual Local Area Networks(VLANs)라고 하는 더 작고 논리적으로 독립적인 브로드캐스트 도메인을 생성할 수 있으며, 네트워크를 더 작은 브로드캐스트 도메인으로 분할하여 네트워크 보안과 성능을 향상시킬 수 있습니다.

Layer 2 스위치의 이점

근거리 통신망(LAN) 내에서 Layer 2 스위치를 활용해야 할 몇 가지 설득력 있는 이유가 있습니다. Layer 2 스위치의 주요 이점은 다음과 같습니다:

1. 라우터보다 빠름

2. 하드웨어 기반 브리징

3. 저비용

4. 낮은 지연 시간

5. 와이어 속도

Layer 3 Switching이란 무엇인가요?

Layer 2 스위치와 Layer 3 스위치의 주요 차이점은 라우팅 기능입니다. Layer 3 스위치는 Layer 2 스위치의 모든 기능을 포함하면서도 정적 및 동적 라우팅 기능을 추가로 갖추고 있습니다. Layer 3 스위치는 수신 패킷을 평가하고 이러한 패킷의 출발지 및 목적지 주소를 기반으로 라우팅 결정을 내릴 수 있으며, 스위치와 라우터 기능을 모두 통합합니다.

레이어 3 스위치의 기능

레이어 3 스위치는 OSI 데이터 링크 계층과 네트워크 계층에서 사용되며, 위에서 언급한 레이어 2 스위치 기능 외에도 라우팅 기능을 다음 두 가지 형태 중 하나로 구현할 수 있습니다:

컷스루 스위치는 IP 주소를 확인하기 위해 첫 번째 패킷 요약만 고려하는 스위칭 기법을 사용합니다. 이후 나머지 패킷은 MAC 주소로 전달되어 더 높은 데이터 처리량을 제공합니다. 

패킷별 레이어 3(PPL3) 스위치는 IP 주소를 확인하기 위해 시퀀스의 모든 패킷을 면밀히 검사합니다. PPL3 스위치는 내장형 하드웨어 라우팅 기능을 갖추고 있어 고속 라우터로 사용할 수 있습니다. 또한 PPL3 스위치는 다음과 같은 기타 표준 라우터 기능을 수행할 수 있습니다:

1. 체크섬을 사용한 패킷 무결성 검증

2. 각 홉 이후 패킷의 TTL(time-to-live) 업데이트

3. 패킷 헤더의 모든 선택적 정보 관리.

Layer 3 Switch의 이점

Layer 3 스위치의 주요 이점은 다음과 같습니다:

1. VLAN 라우팅 활성화

2. 장애 격리를 향상시킵니다

3. 보안 관리를 간소화합니다

4. 브로드캐스트 트래픽 감소

5. VLAN 간 별도의 라우터가 필요 없도록 하여 구성을 간소화합니다

6. 라우팅 테이블을 통해 트래픽 분리를 개선합니다

7. 문제 해결 간소화

8. 네트워크 지연 시간 감소

Layer 2와 Layer 3 스위치의 차이점

Layer 2 스위치와 Layer 3 스위치의 근본적인 차이는 라우팅 기능의 차이에 있습니다. Layer 2 스위치는 MAC 주소를 사용하며 IP 주소나 기타 상위 수준 요소에는 관여하지 않습니다. 반대로 Layer 3 스위치는 Layer 2 스위치의 모든 기능에 더해 추가적인 정적 및 동적 라우팅 기능을 갖추고 있습니다. Layer 3 스위치는 MAC 주소와 IP 라우팅 테이블을 모두 보유하여 VLAN 내 통신 및 서로 다른 VLAN 간 패킷 라우팅을 용이하게 합니다. 또한 Layer 2+ (Layer 3 Lite) 스위치도 출시되었으며, 이는 Layer 2 스위치와 비교해 정적 라우팅만 추가로 도입한 것입니다. 패킷 라우팅 외에도 Layer 3 스위치는 수동 포트 구성 대신 IP 주소를 기반으로 한 VLAN 트래픽 태깅과 같이 스위치로 들어오는 데이터의 IP 주소에 대한 정보가 필요한 고급 기능도 제공합니다. Layer 3 스위치는 Layer 2 스위치에 비해 더 뛰어난 성능과 보안도 제공합니다.

비즈니스에 적합한 스위치를 결정하려면 해당 스위치가 사용될 네트워크 환경에 대한 철저한 평가가 필요합니다. 스위치가 Layer 2 네트워크 도메인에서 사용될 경우 Layer 2 스위치를 선택하는 것으로 충분합니다. 순수 Layer 2 스위치는 호스트를 연결하는 네트워크 토폴로지의 액세스 계층에서 사용됩니다. 반대로 여러 스위치를 통합하여 액세스를 통합하고 inter-VLAN 라우트를 구성하는 것이 목표라면 Layer 3 스위치를 선택해야 합니다. Layer 3 네트워크는 네트워크 토폴로지의 분배 계층에 위치합니다.

L2 또는 L3 스위치를 선택할 때 무엇을 고려해야 하나요?

L2 또는 L3 스위치 주문을 선택할 때는 포워딩 속도, 백플레인 대역폭, VLAN 수, MAC 주소 메모리, 지연 시간 등 네트워크 환경에 어느 것이 더 적합한지 판단하기 위해 이러한 주요 매개변수를 고려해야 합니다.

전송률은 백플레인의 전송 용량입니다. 전송 용량이 모든 포트 속도의 합보다 클 때, 이를 논블로킹 백플레인이라고 하며 전송률의 단위는 초당 패킷 수(pps)입니다. 다음은 스위치의 전송률을 계산하는 공식입니다.

포워딩 속도(pps) = 10Gbit/s 포트 수 * 14,880,950 pps + 1 Gbit/s 포트 수 * 1,488,095 pps + 100Mbit/s 포트 수 * 148,809 pps

또 다른 더 중요한 매개변수는 백플레인 대역폭으로, 스위치에 있는 모든 포트의 속도를 합한 값입니다. Tx 방향과 Rx 방향을 모두 포함해야 하므로 이 합계는 모든 포트의 속도를 합한 값의 두 배라는 점에 유의하세요. 백플레인 대역폭의 단위는 초당 비트(bps 또는 bit/s)입니다.

백플레인 대역폭(bps) = 포트 수 * 포트 데이터 속도 * 2

또 다른 세 가지 중요한 매개변수는 구성할 수 있는 VLAN 수입니다. 일반적으로 1K=1024개의 VLAN은 레이어 2 스위치에 충분합니다. 레이어 3 스위치의 일반적인 VLAN 수는 4k=4096입니다. MAC 주소 테이블의 메모리는 스위치가 보존할 수 있는 MAC 주소 수를 의미하며, 일반적으로 8k 또는 128k입니다. 지연은 스위치가 데이터를 전송할 때 발생하는 지연 시간을 의미합니다. 사용자에게는 지연 시간이 짧을수록 좋으므로, 지연 단위는 일반적으로 나노초(ns)입니다.

결론

이 문서에서는 Layer 2 스위치와 Layer 3 스위치의 주요 차이점을 소개합니다. 또한 Layer 2 및 Layer 3 스위치의 기능과 이점도 소개합니다. 스위치를 주문해야 할 때 더 비싼 제품이 반드시 더 적합한 것은 아닙니다. 앞서 소개한 Layer 2 또는 Layer 3 스위치의 주요 매개변수를 고려해야 하며, 특정 애플리케이션에 적합한 스위치를 선택하는 것이 더 중요합니다.