[CCNA / ITN 6&7-2] 이더넷 스위치 동작 원리 완벽 정리 | MAC 주소 테이블 학습과 프레임 전달 방식

 

 

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📗 CCNA / ITN 6&7-2

이더넷 스위치의 동작 원리: MAC 주소 테이블 학습과 데이터 전달 방식

스위치는 단순히 케이블을 많이 꽂는 장비가 아닙니다. 이더넷 스위치는 프레임을 받을 때마다 출발지 MAC 주소를 학습하고, 목적지 MAC 주소를 기준으로 어떤 포트로 프레임을 보낼지 결정하는 2계층 장비입니다.

💡 이 글은 ITN 6&7-2 학습글입니다.

이번 글을 이해하면 스위치가 왜 허브보다 효율적인지, MAC 주소 테이블이 어떻게 만들어지는지, unknown unicast flooding이 왜 발생하는지, 그리고 store-and-forward와 cut-through의 차이를 이해할 수 있습니다.

 

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📌 이 글에서 배우는 것

🧠 MAC 주소 학습

스위치가 출발지 MAC 주소와 수신 포트를 보고 테이블을 만드는 원리를 이해합니다.

➡️ 프레임 전달

목적지 MAC 주소가 테이블에 있을 때 지정 포트로만 전달하는 방식을 이해합니다.

🌊 플러딩

목적지 MAC 주소를 모를 때 수신 포트를 제외한 모든 포트로 보내는 이유를 이해합니다.

⚡ 전달 방식

Store-and-forward와 Cut-through 스위칭의 차이를 비교합니다.

핵심 한 줄

스위치는 출발지 MAC으로 학습하고, 목적지 MAC으로 전달합니다.

🎧 학습 음성

블로그 글을 위에서부터 읽으며 들으시면 됩니다. 처음은 1.25배속, 빠른 복습은 1.5배속을 추천합니다.

학습시간 계산 중...권장 배속 1.25x

 

1. 스위치는 무엇을 보고 판단할까?

스위치는 OSI 2계층 장비입니다. 따라서 기본적으로 IP 주소가 아니라 이더넷 MAC 주소를 기준으로 프레임을 전달합니다. 라우터가 목적지 IP 주소와 라우팅 테이블을 보고 다음 경로를 정한다면, 스위치는 목적지 MAC 주소와 MAC 주소 테이블을 보고 어느 포트로 프레임을 내보낼지 결정합니다.

구분	스위치	라우터
주요 계층	2계층 데이터 링크	3계층 네트워크
판단 기준	MAC 주소	IP 주소
참조 테이블	MAC 주소 테이블	라우팅 테이블
전달 단위	이더넷 프레임	IP 패킷

2. MAC 주소 테이블이란?

MAC 주소 테이블은 “어떤 MAC 주소가 어느 스위치 포트 뒤에 있는지”를 기록한 표입니다. 스위치가 모든 포트로 무조건 프레임을 뿌린다면 허브와 크게 다르지 않습니다. 하지만 스위치는 MAC 주소 테이블을 사용해 필요한 포트로만 프레임을 전달하기 때문에 네트워크 효율이 높아집니다.

MAC 주소	연결 포트	의미
AA-AA-AA-AA-AA-AA	Fa0/1	PC1은 Fa0/1 뒤에 있음
BB-BB-BB-BB-BB-BB	Fa0/2	PC2는 Fa0/2 뒤에 있음
CC-CC-CC-CC-CC-CC	Fa0/3	Server는 Fa0/3 뒤에 있음

3. 스위치의 기본 동작 4단계

스위치는 프레임을 받을 때 다음 흐름으로 동작합니다.

🧠 MAC 주소 학습

스위치는 프레임이 들어온 포트와 프레임의 출발지 MAC 주소를 함께 기록하여 MAC 주소 테이블을 동적으로 구축합니다.

🔎 목적지 MAC 조회

프레임의 목적지 MAC 주소를 보고 MAC 주소 테이블에 해당 주소가 있는지 검색합니다.

➡️ 지정 포트 전달

목적지 MAC 주소가 테이블에 있으면, 스위치는 해당 MAC 주소가 연결된 포트로만 프레임을 전달합니다.

🌊 Unknown Unicast Flooding

목적지 MAC 주소가 테이블에 없으면, 수신 포트를 제외한 다른 모든 포트로 프레임을 플러딩합니다.

프레임 수신→출발지 MAC 학습→목적지 MAC 조회→전달 또는 플러딩

4. 출발지 MAC 주소 학습

스위치는 프레임이 들어오면 가장 먼저 출발지 MAC 주소를 확인합니다. 예를 들어 PC1이 Fa0/1 포트로 프레임을 보내면, 스위치는 “PC1의 MAC 주소는 Fa0/1 뒤에 있구나”라고 학습합니다.

학습 규칙

수신 포트 + 출발지 MAC 주소 = MAC 주소 테이블 항목

프레임 수신 상황	스위치가 학습하는 내용
PC1 프레임이 Fa0/1로 들어옴	PC1 MAC 주소는 Fa0/1 뒤에 있음
PC2 프레임이 Fa0/2로 들어옴	PC2 MAC 주소는 Fa0/2 뒤에 있음
Server 프레임이 Fa0/3로 들어옴	Server MAC 주소는 Fa0/3 뒤에 있음

5. 목적지 MAC 주소 조회와 전달

스위치는 출발지 MAC 주소를 학습한 뒤, 프레임의 목적지 MAC 주소를 봅니다. 목적지 MAC 주소가 MAC 주소 테이블에 있으면 해당 포트로만 프레임을 전달합니다. 이것이 스위치가 허브보다 효율적인 핵심 이유입니다.

목적지 MAC 상태	스위치 동작	결과
테이블에 있음	해당 포트로만 전달	효율적인 유니캐스트 전달
테이블에 없음	수신 포트를 제외하고 플러딩	unknown unicast flooding
브로드캐스트 MAC	수신 포트를 제외하고 플러딩	LAN 전체로 전달
멀티캐스트 MAC	상황에 따라 그룹 대상 또는 플러딩	멀티캐스트 처리

6. Known Unicast: 목적지를 알 때

스위치가 목적지 MAC 주소를 이미 알고 있다면, 프레임을 해당 포트로만 내보냅니다. 예를 들어 PC1이 PC2로 프레임을 보내고, 스위치의 MAC 주소 테이블에 PC2가 Fa0/2로 기록되어 있다면, 스위치는 Fa0/2로만 프레임을 전달합니다.

PC1 → S1 Fa0/1→PC2 MAC 조회→Fa0/2로만 전달

7. Unknown Uni

cast Flooding: 목적지를 모를 때

 

스위치가 목적지 MAC 주소를 아직 모르는 경우도 있습니다. 이때 스위치는 프레임을 버리지 않고, 수신 포트를 제외한 모든 포트로 프레임을 보냅니다. 이 동작을 unknown unicast flooding이라고 합니다.

목적지 장치가 응답하면, 그 응답 프레임의 출발지 MAC 주소를 통해 스위치는 다시 학습합니다. 그래서 처음에는 플러딩이 발생해도, 이후 같은 통신에서는 지정 포트 전달로 바뀔 수 있습니다.

상황	스위치 동작	이후 결과
PC1이 처음으로 PC2에게 전송	PC2 MAC이 테이블에 없으면 플러딩	PC2가 응답하면서 PC2 MAC 학습
MAC 테이블 항목 만료	다시 목적지를 모를 수 있음	필요 시 다시 플러딩 후 재학습
브로드캐스트 프레임	목적지가 FF-FF-FF-FF-FF-FF	LAN 전체로 전달

흔한 오해: 플러딩은 무조건 오류가 아닙니다. 스위치가 목적지를 아직 모를 때 사용하는 정상적인 학습 과정의 일부입니다. 다만 불필요한 플러딩이 많아지면 네트워크 효율이 떨어질 수 있습니다.

8. 브로드캐스트와 Unknown Unicast의 차이

구분	Unknown Unicast Flooding	Broadcast Flooding
목적지 MAC	특정 MAC 주소이지만 테이블에 없음	FF-FF-FF-FF-FF-FF
발생 이유	스위치가 목적지 포트를 아직 모름	프레임 자체가 모든 장치 대상
전달 방식	수신 포트를 제외한 모든 포트	수신 포트를 제외한 모든 포트
예시	처음 통신하는 PC에게 유니캐스트 전송	ARP 요청

9. MAC 주소 테이블 확인 명령어

Cisco 스위치에서는 다음 명령으로 MAC 주소 테이블을 확인할 수 있습니다.

S1# show mac address-table

실습에서 이 명령을 실행하면 어떤 VLAN의 어떤 MAC 주소가 어떤 포트에 학습되었는지 확인할 수 있습니다.

          Mac Address Table
-------------------------------------------
Vlan    Mac Address       Type        Ports
----    -----------       --------    -----
  1     aaaa.aaaa.aaaa    DYNAMIC     Fa0/1
  1     bbbb.bbbb.bbbb    DYNAMIC     Fa0/2
  1     cccc.cccc.cccc    DYNAMIC     Fa0/3

10. Store-and-Forward vs Cut-Through

스위치가 프레임을 전달하는 방식에는 대표적으로 Store-and-forward와 Cut-through가 있습니다.

구분	Store-and-Forward	Cut-Through
처리 방식	프레임 전체를 받은 뒤 검사	목적지 주소를 읽으면 바로 전달 시작
오류 검사	CRC/FCS 확인 후 오류 프레임 폐기	오류 프레임을 충분히 확인하기 어려움
장점	안정적이고 오류 전파 감소	지연 시간이 낮음
적합 상황	일반적인 안정성 중심 네트워크	초저지연이 중요한 환경

11. 반이중/전이중과 스위치

레거시 허브 기반 이더넷은 반이중 공유 매체였기 때문에 충돌이 발생할 수 있었습니다. 이때 CSMA/CD가 필요했습니다. 하지만 오늘날의 스위치 기반 이더넷 LAN은 대부분 전이중으로 동작합니다. 전이중에서는 동시에 송수신이 가능하고, 스위치 포트마다 충돌 도메인이 분리되므로 CSMA/CD가 필요하지 않습니다.

구분	허브 기반 레거시 이더넷	스위치 기반 현대 이더넷
통신 방식	반이중	전이중
매체	공유 매체	포트별 전용 링크
충돌	발생 가능	일반적으로 발생하지 않음
접근 제어	CSMA/CD 필요	CSMA/CD 불필요

🧪 [실습] MAC 주소 테이블 학습과 프레임 전달 확인하기

실습글에서는 PC1, PC2, Server를 스위치에 연결하고 ping을 발생시킨 뒤, show mac address-table 명령으로 MAC 주소 테이블이 어떻게 학습되는지 확인합니다.

🧪 실습해보기

📝 CCNA 시험 팁

문제 키워드	바로 떠올릴 개념
Source MAC	스위치가 학습하는 주소
Destination MAC	스위치가 전달 결정을 내릴 때 보는 주소
MAC address table	MAC 주소와 포트 매핑 정보
Unknown unicast	목적지 MAC을 모를 때 플러딩
Broadcast MAC	FF-FF-FF-FF-FF-FF
Store-and-forward	전체 프레임 수신 후 CRC 확인
Cut-through	프레임 전체를 받기 전에 전달 시작

✅ 마무리

이더넷 스위치의 핵심은 출발지 MAC 주소로 학습하고, 목적지 MAC 주소로 전달한다는 것입니다.

목적지를 알고 있으면 해당 포트로만 전달하고, 목적지를 모르면 수신 포트를 제외한 포트로 플러딩합니다. 이 과정이 반복되면서 스위치는 네트워크 안의 장치 위치를 점점 더 정확하게 학습합니다.

이 원리를 이해하면 VLAN, STP, ARP, 보안 포트 설정, 네트워크 장애 분석까지 훨씬 쉽게 연결됩니다.

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