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STP(Spanning Tree Protocol)

브리지 / 스위치에서 안정된 연결을 위해서 이중화(or 다중) 연결을 해놓으면

브리지 / 스위치 사이의 경로(회선)가 여러 개가 됨으로써 브로드캐스트가 내부에서 순환하며

브로드캐스트 스톰(Broadcast Storm)이 되어 루핑(Looping)이 발생하는데

이를 차단하기 위해서 사용되는 알고리즘이 바로 STP 알고리즘으로

Priority(32768) -> MAC 주소 -> 케이블 연결(Path Cost) -> 포트 번호(Port Number) 순으로

브리지 / 스위치 간 2초 간격으로 BPDU(Bridge Protocol Data Unit)를 주고 받아 주(Main) 회선을 판단한 뒤,

주 회선에 문제 발생 시 대체회선을 주 회선으로 전환하여 통신이 가능하게 하는 방식이다.

STP가 적용된 스위치의 동작 순서는 "Blocking->  Listening -> Learning -> Forwarding" 정도로 구분할 수 있다.

● 루핑(Looping)이란

예시로 현재 Switch 1에는 자신에게 연결된 Node 1의 MAC 주소는 알고있지만, 

Switch 2에 연결되어 있는 Node 2의 MAC 주소는 모르고 있다고 가정할 때,

Node 1에서 Node 2로 통신을 하기 위한 ARP 브로드캐스트를 스위치로 올려보낼 것이다.

그럼 Switch 1은 회선 1, 2번에 프레임을 Flooding 하게 되는데,

Switch 2에서도 동일한 동작을 수행하기 때문에 회선 Switch 1의 입장에서 봤을 때,

자신이 보낸 프레임을 다시 돌려받는 동작을 끊임없이 수행하게 된다.

이런 현상을 "루핑"이라고 한다. 

● STP 알고리즘의 작동 방식

내부 LAN에서 스위치를 여러 개 두고 사용할 때,

이 중에서 선별된 주 스위치를 루트 스위치(Root Switch)라고 부르고

Root Switch에서 나머지 다른 스위치로 향하는 포트를 지정회선(Designated Port),

나머지 스위치에서 Root Swtich까지의 경로가 가장 짧은 포트를 루트회선(Root Port),

위의 두 가지에 해당하지 않는 대체되는 포트를 대체회선(Alternative Port)이라고 부르며 차단 상태로 전환된다.

** 그림(우) 상에서 실선처리 된 부분이 대체회선

● RSTP(Rapid STP)

STP 사용 중 문제 발생 시 대체 경로로의 수정 수렴시간(Convergence Time)을 단축시키기 위해 

보완된 프로토콜로 STP와 동일하게 작동되지만 RSTP를 지원해주는 스위치를 사용해야 하며,

기존 STP의 경우 토폴로지 변경 발생 시 루트 스위치를 통해서만 경로를 수정해야 했지만

RSTP의 경우 토폴로지 변경이 발생 한 스위치에서 직접 네트워크 전체에 변경됨을 알릴 수 있고

기존보다 다양한 BPDU 메시지로 인해서 짧은 시간(약 2초) 내에 복구가 가능하다는 점이 존재한다.

● 스위칭의 방식

▶ 스토어 앤 포워드(Store-and-Forward) : 전체 프레임을 모두 받아서 버퍼에 임시 저장한 뒤 CRC에러 체크 후

이상이 없을 시에는 포워딩 시키고 이상 식별 뒤에는 프레임을 버리는 방식이다.

프레임에 필터링을 걸 수 있다는 장점도 존재

▶ 컷 쓰루(Cut-Through) : 프레임 헤더에서 목적지만 보고 포워딩하는 방식이다. 지연은 거의 없지만,

불량 프레임도 포워딩을 할 수 있다는 것과 필터링을 걸 수 없다는 리스크가 존재

▶프래그먼트 프리(Fragment-Free) : 대부분 손상된 프레임은 64Byte 이내에서 발생한다는 점에서 착안한 기법으로,

처음 64Byte가 도착할 때 까지 버퍼에 저장한 뒤 검사해서 이상이 없으면 포워딩하는 기법이다.

Modified-Cut-Through 라고도 불린다.

▶ 하이브리드(Hybrid) : 평소에는 Cut Through 방식으로 사용하다가 미리 정해놓은 에러 한계치를 넘으면

자동으로 Store and Forward로 전환하고 또 다른 한계치에 닿았을 때, 

다시 Cut Through로 동작시키는 기법을 의미한다.

일부 스위치에서만 사용하는 방식이다.