이중화 (Redundancy)

이중화

• 정의: 물리적인 장비, 연결되는 케이블, 시스템 등을 예비로 2개 이상 운영하여 장애를 대비함
  • 장비 이중화: 물리적인 장비를 2개 이상 배치하여 하나의 장비에 장애가 발생해도 다른 장비를 통해 지속적인 서비스를 제공함
  • 링크 이중화: 장비를 2개 이상의 케이블로 연결하여 하나의 케이블에 장애가 발생해도 다른 케이블을 통해 지속적인 서비스를 제공함
• 사용 목적
  • 고가용성: 서비스를 중단(장애) 없이 지속적으로 제공하는 성질
  • 부하 분산: 트래픽을 분산시켜 네트워크의 성능 향상을 목표로 함

 

이중화의 문제점

• MAC Database Instability: 서로 다른 포트에서 같은 MAC 주소가 학습되는 현상 (다중경로 학습)
• MultiFrame Copy: 하나의 Frame이 2개 이상으로 복사되어 전달되는 현상
• Broadcast Storm: 이중화 영역에서 전달되는 Broadcast 프레임이 목적지에 전달되지 않고 Loop가 발생되는 현상

 

이중화의 원인 및 해결책

원인

• 프레임을 전달할 수 있는 경로가 2개 이상 발생함 → 2 이상의 포트에서 같은 목적지를 학습

해결책

• 최적의 경로만 활성화하고 다른 경로를 막아놓았다가 장애가 발생하였을 때 백업 경로를 사용함
• 최적의 경로와 경로의 문제를 주기적으로 데이터를 주고받아서 판단함
• STP (Spanning Tree Protocol)

 

STP (Spanning Tree Protocol)

• STP (IEEE 802.1d)
  • Switch를 이중화하였을 때 발생하는 Loop 문제를 해결하기 위해 사용됨
  • Switch에서 기본으로 동작함
  • 목적지에 대한 경로가 2개 이상일 때 한 경로를 남겨두고 다른 경로를 끊어서 Loop를 방지함
  • 사용 중인 경로의 장애를 감지했을 때 백업 경로를 활성화하여 가용성을 보장함
  • 신장트리(Spanning Tree) 알고리즘을 사용하여 Loop 방지를 위한 최적의 경로를 구함

 

STP 경로 선출 과정

1. Root Switch 선출
   1. 스위치가 가진 우선순위와 Mac 주소로 선정
   2. 우선순위가 가장 낮은 값이 Root Switch가 된다
   3. 우선순위가 같다면 더 낮은 Mac 주소로 선정된다
2. Root Port 선출
   1. Root Switch로 가는 가장 빠른 경로
   2. Root Switch로 가는 Cost를 계산한다 (빠를수록 싸다)
3. Designated Port (통신 연결) 선출 (Designated Port는 Segment는 무조건 1개다)
   1. Root Switch Port 전부 Designated Port이다
   2. 남은 Port 중 Root Switch와 가장 빠른 경로 (Cost)
   3. 우선 순위가 낮은 Switch Port
   4. Mac 주소가 더 낮은 Switch로 판별
4. Non Designated Port (통신 연결 X) 선출
   1. 남아있는 모든 Port들이 Non Designated Port가 되는 것이다
   2. Non Designated Port가 들어있는 곳이 백업경로이다

 

• •  

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PVST(Per Vlan Spanning Tree)

• STP가 기본적으로 VLAN 수와  상관없이 동작
  • 특정 루트 브릿지에 트래픽이 몰림
  • 특정 브릿지는 사용되지 않고 낭비되는 문제점 발생
• 각 VLAN 별로 Spanning Tree 동작
  • VLAN 별 최적 경로 및 부하 분산 효과 발생
  • 각 VLAN 별로 Root Switch를 따로 지정
  • VLAN 별로 우선순위를 다르게 설정

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PVST 간단 실습

PC1
ip 10.10.10.1 255.255.255.0 10.10.10.254

PC2
ip 20.20.20.1 255.255.255.0 20.20.20.254

R4-------------------------------------------------
conf t
vlan 10
name v10
vlan 20
name v20
exit
int fa 3/0
switchport mode access
switchport access vlan 10
int fa 3/1
switchport mode access
switchport access vlan 20
int fa 3/14
switchport mode trunk
switchport trunk encapsulation dot1q
switchport trunk allowed vlan 1,10,20,1002-1005
int fa 3/15
switchport mode trunk
switchport trunk encapsulation dot1q
switchport trunk allowed vlan 1,10,20,1002-1005

R2-------------------------------------------------
conf t
vlan 10
name v10
vlan 20
name v20
exit
int fa 3/14
switchport mode trunk
switchport trunk encapsulation dot1q
switchport trunk allowed vlan 1,10,20,1002-1005
int fa 3/0
switchport mode trunk
switchport trunk encapsulation dot1q
switchport trunk allowed vlan 1,10,20,1002-1005

R3-------------------------------------------------
conf t
vlan 10
name v10
vlan 20
name v20
exit
int fa 3/15
switchport mode trunk
switchport trunk encapsulation dot1q
switchport trunk allowed vlan 1,10,20,1002-1005
int fa 3/1
switchport mode trunk
switchport trunk encapsulation dot1q
switchport trunk allowed vlan 1,10,20,1002-1005

R1-------------------------------------------------
conf t
vlan 10
name v10
vlan 20
name v20
exit
int fa 3/0
switchport mode trunk
switchport trunk encapsulation dot1q
switchport trunk allowed vlan 1,10,20,1002-1005
int fa 3/1
switchport mode trunk
switchport trunk encapsulation dot1q
switchport trunk allowed vlan 1,10,20,1002-1005
int vlan 10
ip addr 10.10.10.254 255.255.255.0
no shu
int vlan 20
ip addr 20.20.20.254 255.255.255.0
no shu

이 밑에 사진들은 각 라우터에 do sh spanning-tree br을 입력하면 나오는 화면들이다

Address가 같아서 R1이 Root Switch이다 / FWD로 되어있으면 Root Port거나 Designated Port인데 R1은 Root Switch니까 Designated Port이다

R2 / 둘이 서로 다름 / FWD로 되어있으면 Root Port거나 Designated Port

R3 / 둘이 서로 다름 / FWD로 되어있으면 Root Port거나 Designated Port

R4 / BLK는 Non Designated Port이다

● R4의 fa 3/15와 R3의 3/15가 백업경로이다

● R4의 fa 3/14부터 R3의 fa 3/1까지가 주 경로이다

현재의 통신경로

[Root Switch 지정해주기]

● R2에 글로벌 컨피규레이션 모드에서 spanning-tree vlan 10 root primary 입력

● R3에 글로벌 컨피규레이션 모드에서 spanning-tree vlan 20 root primary 입력

현재 통신경로

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[Root Switch 백업경로 지정해주기]

● R2에 spannning-tree vlan 10 root secondary를 입력하면 R3가 망가져서 vlan 10번이 통신이 안될때 R2를 통해서 통신이 가능하도록 설정

● R3에 spannning-tree vlan 20 root secondary를 입력하면 R2가 망가져서 vlan 20번이 통신이 안될때 R2를 통해서 통신이 가능하도록 설정