안녕하세요! 오늘도 정보처리기사 자격증 합격을 향해 나아가는 여러분과 함께 IT 지식의 깊이를 더해갈 시간입니다. 지난번 라우터에 이어, 오늘은 그와 함께 네트워크의 근간을 이루는 핵심 장비, 바로 ‘스위치(Switch)’에 대해 탐구해보겠습니다. Product Owner로서 최종 사용자의 경험을 최적화하고, 데이터 분석가로서 안정적인 데이터 흐름을 확보하기 위해서는 내부 네트워크(LAN)의 효율성을 이해하는 것이 필수적입니다. 스위치는 바로 그 내부 네트워크의 성능과 안정성을 책임지는, 보이지 않는 영웅과도 같은 존재입니다. 이 글을 통해 스위치의 기본 원리부터 VLAN, STP와 같은 핵심 심화 기술, 그리고 최신 동향까지 완벽하게 마스터하여 시험은 물론 실무에서도 전문가로 거듭나시길 바랍니다.
스위치란 무엇인가? 내부 네트워크의 똑똑한 중재자
스위치는 데이터 링크 계층(OSI 7계층 중 2계층)에서 동작하는 네트워크 장비로, 동일한 네트워크 대역, 즉 랜(LAN, Local Area Network)에 연결된 컴퓨터, 서버, 프린터 등 다양한 장치들 간의 통신을 중개하는 역할을 합니다. 과거에 사용되던 ‘허브(Hub)’라는 장비는 특정 포트로 데이터가 들어오면, 그 데이터와 연결된 모든 포트로 동일한 데이터를 무작살스럽게 전송했습니다. 이는 마치 한 사람이 소리치면 방 안에 있는 모든 사람이 그 소리를 듣게 되는 것과 같아서, 불필요한 트래픽을 발생시키고 네트워크 전체의 속도를 저하시키는 ‘충돌(Collision)’의 원인이 되었습니다.
스위치는 이러한 허브의 비효율성을 개선하기 위해 등장했습니다. 스위치는 각 장비가 가진 고유한 물리적 주소인 ‘MAC 주소(Media Access Control Address)’를 학습하고 기억합니다. 그리고 데이터(정확히는 ‘프레임(Frame)’)가 들어오면, 그 프레임의 목적지 MAC 주소를 확인하여 해당 목적지 장비가 연결된 포트로만 데이터를 정확하게 전달합니다. 이는 마치 우편배달부가 편지에 적힌 주소를 보고 정확한 집의 우편함에만 편지를 넣어주는 것과 같습니다. 이 덕분에 불필요한 트래픽이 사라지고, 각 장치들은 서로 간섭 없이 독립적으로 통신할 수 있게 되어 네트워크의 전체적인 효율성과 속도가 획기적으로 향상됩니다.
스위치의 핵심 동작 원리: 학습, 전달, 필터링, 플러딩
스위치의 지능적인 통신 중개 능력은 몇 가지 핵심적인 동작 원리에 기반합니다. 정보처리기사 시험에서는 이 동작 원리를 묻는 문제가 단골로 출제되므로, 각 단계의 역할을 명확히 이해하는 것이 매우 중요합니다.
주소를 배우는 과정: 학습(Learning)
스위치의 가장 기본적이자 중요한 기능은 바로 MAC 주소를 학습하는 것입니다. 스위치는 전원이 켜지면 비어있는 ‘MAC 주소 테이블(MAC Address Table)’을 가지고 시작합니다. 이후 특정 포트로 프레임이 들어오면, 스위치는 해당 프레임의 출발지 MAC 주소(Source MAC Address)를 확인합니다. 그리고 ‘아, 이 MAC 주소를 가진 장비는 이쪽 포트에 연결되어 있구나’라는 정보를 자신의 MAC 주소 테이블에 기록합니다. 이 과정을 통해 스위치는 자신에게 연결된 모든 장비들의 MAC 주소와 그 위치(포트 번호)를 스스로 학습하게 됩니다.
MAC 주소 테이블 예시
| MAC 주소 (MAC Address) | 포트 번호 (Port) | VLAN ID |
| 00-1A-2B-3C-4D-5E | FastEthernet 0/1 | 1 |
| AA-BB-CC-DD-EE-FF | FastEthernet 0/5 | 1 |
| 11-22-33-44-55-66 | GigabitEthernet 1/1 | 10 |
위 표는 스위치가 학습한 MAC 주소 정보를 보여줍니다. 예를 들어, ’00-1A-2B-3C-4D-5E’라는 MAC 주소를 가진 장비로부터 프레임이 들어오면, 스위치는 이 장비가 1번 포트에 연결되어 있다는 것을 테이블에 기록합니다.
목적지로 정확히 보내는: 전달(Forwarding)
학습이 완료된 후, 스위치는 들어온 프레임의 목적지 MAC 주소(Destination MAC Address)를 확인합니다. 그리고 자신의 MAC 주소 테이블에서 해당 목적지 MAC 주소와 일치하는 항목을 검색합니다. 테이블에 해당 주소가 존재한다면, 스위치는 그 주소와 매핑된 포트로만 프레임을 정확하게 전달합니다. 이것이 바로 ‘전달’ 또는 ‘포워딩’ 동작입니다. 이 덕분에 출발지와 목적지 장치 간에 일대일 통신이 가능해져, 네트워크의 효율이 극대화됩니다.
불필요한 데이터는 막는: 필터링(Filtering)
만약 들어온 프레임의 목적지 MAC 주소가 출발지 MAC 주소와 동일한 포트에 연결되어 있다면 어떻게 될까요? 이는 프레임이 이미 목적지가 있는 세그먼트 내에서 발생했다는 의미이므로, 다른 포트로 내보낼 필요가 없습니다. 이때 스위치는 해당 프레임을 다른 곳으로 전달하지 않고 조용히 폐기하는데, 이를 ‘필터링’이라고 합니다. 이 기능은 불필요한 트래픽이 네트워크에 확산되는 것을 막아줍니다.
주소를 모를 때의 선택: 플러딩(Flooding)
스위치가 프레임의 목적지 MAC 주소를 자신의 MAC 주소 테이블에서 찾지 못하는 경우도 있습니다. 이는 해당 목적지 장비가 아직 스위치와 통신한 적이 없어서 학습되지 않았거나, 테이블에서 정보가 삭제된 경우입니다. 이때 스위치는 어쩔 수 없이 프레임이 들어온 포트를 제외한 모든 포트로 해당 프레임을 복사하여 내보냅니다. 이를 ‘플러딩’이라고 합니다. 마치 허브처럼 동작하는 것이지만, 이는 목적지를 모를 때 한 번만 일어나는 동작입니다. 목적지 장비가 이 플러딩된 프레임에 응답하면, 스위치는 그 응답 프레임의 출발지 MAC 주소를 학습하여 다음부터는 정확한 포워딩을 할 수 있게 됩니다.
네트워크를 나누고 안정시키는 스위치의 고급 기술
단순한 프레임 중개를 넘어, 현대의 스위치는 네트워크를 보다 효율적이고 안정적으로 관리하기 위한 다양한 고급 기술을 탑재하고 있습니다. 그중에서도 VLAN과 STP는 정보처리기사 시험의 핵심 주제이자, 실무에서도 반드시 알아야 할 중요한 개념입니다.
물리적 제약을 넘어서는 논리적 분할: VLAN (Virtual LAN)
VLAN은 하나의 물리적인 스위치를 여러 개의 논리적인 스위치로 나누는 기술입니다. 마치 하나의 넓은 사무실 공간에 파티션을 설치하여 여러 개의 독립된 팀 공간을 만드는 것과 같습니다. VLAN으로 그룹화된 장비들은 마치 별개의 스위치에 연결된 것처럼 서로만 통신할 수 있으며, 다른 VLAN에 속한 장비들과는 통신이 차단됩니다.
예를 들어, 한 회사에 영업팀, 개발팀, 관리팀이 있다고 가정해 봅시다. 이 팀들이 모두 하나의 네트워크를 사용하면, 한 팀에서 발생한 브로드캐스트 트래픽(네트워크 전체에 전송되는 신호)이 다른 모든 팀의 PC에 전달되어 불필요한 성능 저하를 유발할 수 있습니다. 또한, 보안상으로도 다른 팀의 자원에 쉽게 접근할 수 있다는 문제가 있습니다. 이때 VLAN을 사용하여 영업팀(VLAN 10), 개발팀(VLAN 20), 관리팀(VLAN 30)으로 네트워크를 논리적으로 분리하면, 각 팀은 독립된 네트워크처럼 운영됩니다. 개발팀의 트래픽은 개발팀 내에서만 영향을 미치며, 관리팀의 중요 서버에 영업팀이 접근하는 것을 원천적으로 차단할 수 있습니다. 이처럼 VLAN은 브로드캐스트 도메인을 분할하여 네트워크 성능을 향상시키고, 보안을 강화하는 매우 효과적인 기술입니다. 단, 서로 다른 VLAN 간의 통신을 위해서는 라우터나 L3 스위치의 도움이 필요합니다.
네트워크 루프를 막는 안전장치: STP (Spanning Tree Protocol)
네트워크의 안정성을 높이기 위해 스위치 간에 이중, 삼중으로 케이블을 연결하여 경로를 이중화(Redundancy)하는 경우가 많습니다. 하나의 케이블이나 스위치에 장애가 발생하더라도 다른 경로를 통해 통신을 유지하기 위함입니다. 하지만 이러한 이중화 구성은 자칫 ‘루프(Loop)’라는 심각한 문제를 야기할 수 있습니다. 루프가 발생하면, 브로드캐스트 프레임이 네트워크 내에서 무한히 맴돌면서 증폭되어 순식간에 네트워크 전체를 마비시키는 ‘브로드캐스트 스톰(Broadcast Storm)’ 현상을 일으킵니다.
STP는 바로 이러한 루프를 방지하기 위해 만들어진 프로토콜입니다. STP는 스위치 간의 경로를 파악하여, 루프를 유발할 수 있는 특정 포트를 논리적으로 차단(Blocking) 상태로 만듭니다. 평상시에는 이 차단된 포트로 데이터가 흐르지 않지만, 주 경로에 장애가 발생하면 STP가 이를 감지하고 차단했던 포트를 신속하게 활성화하여 통신이 끊기지 않도록 합니다. 즉, STP는 평소에는 나무(Tree)처럼 루프가 없는 최적의 경로만을 남겨두고, 비상시에는 예비 경로를 작동시키는 지능적인 안전장치 역할을 합니다. 이를 통해 네트워크 관리자는 경로 이중화를 통해 안정성을 확보하면서도 루프의 위험에서 벗어날 수 있습니다.
스위치의 종류와 최신 동향
스위치는 기능과 역할에 따라 다양한 종류로 나뉩니다. 또한 기술의 발전에 따라 새로운 형태의 스위치 기술이 등장하고 있습니다.
관리 기능 유무에 따른 구분: Unmanaged vs. Managed
‘비관리형 스위치(Unmanaged Switch)’는 전원만 연결하면 별도의 설정 없이 바로 사용할 수 있는 가장 기본적인 스위치입니다. MAC 주소 학습과 포워딩 등 핵심 기능만 수행하며, 가격이 저렴하여 소규모 사무실이나 가정에서 주로 사용됩니다.
반면, ‘관리형 스위치(Managed Switch)’는 네트워크 관리자가 원격으로 접속하여 다양한 고급 설정을 할 수 있는 스위치를 말합니다. 앞서 설명한 VLAN이나 STP 설정은 물론, 특정 포트의 속도를 제어하거나, 트래픽을 감시(모니터링)하고, 보안 정책을 적용하는 등 정교한 네트워크 관리가 가능합니다. 기업이나 데이터센터처럼 안정성과 보안, 성능 관리가 중요한 환경에서는 반드시 관리형 스위치를 사용해야 합니다.
L3 스위치와 PoE 스위치
전통적인 스위치는 데이터 링크 계층(Layer 2)에서 동작하지만, 여기에 네트워크 계층(Layer 3)의 라우팅 기능을 결합한 것이 바로 ‘L3 스위치’입니다. L3 스위치는 하드웨어 기반의 빠른 속도로 스위칭과 라우팅을 동시에 처리할 수 있어, 대규모 네트워크에서 VLAN 간의 통신(Inter-VLAN Routing)을 효율적으로 처리하는 데 널리 사용됩니다.
‘PoE 스위치(Power over Ethernet Switch)’는 데이터 전송에 사용되는 UTP 케이블(랜선)을 통해 데이터뿐만 아니라 전력까지 함께 공급할 수 있는 스위치입니다. 이를 사용하면 전원 콘센트가 없는 곳에도 인터넷 전화기(VoIP Phone), 무선 AP, CCTV 카메라 등을 쉽게 설치할 수 있어 설치의 유연성과 편의성을 크게 높여줍니다. 최근 스마트 빌딩이나 IoT 환경 구축에 필수적인 장비로 각광받고 있습니다.
마무리하며: 스위치의 중요성과 올바른 활용
지금까지 내부 네트워크(LAN)의 핵심 장비인 스위치에 대해 깊이 있게 알아보았습니다. 스위치는 MAC 주소라는 신분증을 통해 데이터가 가야 할 길을 정확히 안내하는 똑똑한 교통경찰과 같습니다. 단순한 연결을 넘어 VLAN으로 네트워크를 효율적으로 나누고, STP로 루프를 방지하여 안정성을 확보하는 스위치의 역할은 현대 네트워크에서 절대적입니다.
정보처리기사 시험을 준비하는 여러분은 스위치의 기본 동작 원리(학습, 포워딩, 플러딩)를 명확히 이해하고, 허브와의 차이점을 설명할 수 있어야 합니다. 또한, VLAN과 STP의 개념과 필요성, 동작 방식을 확실히 숙지하는 것이 고득점의 열쇠가 될 것입니다. 나아가 제품과 서비스의 품질을 책임지는 현업의 전문가로서, 안정적인 스위치 인프라가 곧 끊김 없는 사용자 경험과 신뢰도 높은 데이터 처리의 기반이 된다는 점을 기억해야 합니다.
성공적인 스위치 운영을 위해서는 몇 가지를 고려해야 합니다. 첫째, 물리적 보안입니다. 스위치에 아무나 접근하여 케이블을 연결하거나 설정을 변경하지 못하도록 물리적인 통제가 필요합니다. 둘째, 포트 보안(Port Security) 설정입니다. 허가된 MAC 주소를 가진 장비만 특정 포트에 접속할 수 있도록 설정하여 비인가 장비의 네트워크 접근을 차단해야 합니다. 마지막으로, 지속적인 모니터링입니다. STP 상태, 트래픽 양, 오류 발생률 등을 주기적으로 확인하여 잠재적인 문제를 사전에 파악하고 대처하는 것이 안정적인 네트워크 운영의 핵심입니다.
라우터가 외부 세계와의 통로를 열어준다면, 스위치는 우리 내부의 소통을 원활하고 질서 있게 만드는 중추입니다. 이 두 장비에 대한 깊은 이해를 바탕으로 네트워크의 전체 그림을 그릴 수 있는 전문가로 성장하시길 응원합니다.