스위칭 허브

스위칭 허브는 연결된 각 포트에서 수신한 데이터 프레임의 출발지 MAC 주소를 학습하여 MAC 주소 테이블을 구축한다. 이 테이블은 특정 MAC 주소가 어느 포트에 연결되어 있는지에 대한 정보를 기록한다. 허브는 프레임을 수신하면, 프레임 헤더에 포함된 출발지 MAC 주소를 확인하고 해당 주소와 프레임이 도착한 포트 번호를 테이블에 매핑하여 저장하거나 기존 항목의 타임아웃을 갱신한다.

MAC 주소 테이블은 동적으로 관리된다. 일정 시간(일반적으로 300초[1]) 동안 해당 주소에서 프레임이 수신되지 않으면 테이블에서 해당 항목은 삭제된다. 이는 네트워크에서 장치가 이동하거나 연결이 변경되었을 때 테이블이 최신 상태를 유지하도록 한다. 초기 상태에서 테이블이 비어 있을 때, 또는 목적지 MAC 주소가 테이블에 존재하지 않는 브로드캐스트나 멀티캐스트 프레임을 수신하면, 스위치는 해당 프레임을 수신 포트를 제외한 모든 포트로 전송한다. 이를 플러딩이라고 한다.

이 학습 과정의 결과는 다음과 같은 표로 요약할 수 있다.

이러한 주소 학습 기능은 허브와 구분되는 스위치의 핵심 동작 방식이다. 허브는 모든 포트로 무조건 프레임을 복제하는 반면, 스위치는 학습된 MAC 주소 테이블을 기반으로 목적지 포트를 특정하여 프레임을 전달함으로써 불필요한 트래픽을 줄이고 네트워크 효율성을 높인다.

MAC 주소 테이블을 참조하여 수신된 이더넷 프레임의 목적지 MAC 주소가 어느 포트에 연결되어 있는지 결정한다. 목적지 주소가 테이블에 존재하면, 해당 포트로만 프레임을 전송한다. 이 과정을 포워딩(Forwarding)이라고 한다.

반대로, 목적지 MAC 주소가 테이블에 없거나 브로드캐스트 주소(FF:FF:FF:FF:FF:FF)인 경우, 수신 포트를 제외한 모든 포트로 프레임을 전송한다. 이를 플러딩(Flooding)이라고 한다. 또한, 프레임의 출발지와 목적지 MAC 주소가 동일한 포트에 존재하는 경우, 해당 프레임을 차단하여 불필요한 전송을 방지한다. 이 기능을 필터링(Filtering)이라고 한다.

이러한 프레임 전달 및 필터링 메커니즘은 네트워크 효율성을 크게 향상시킨다. 불필요한 트래픽이 모든 세그먼트로 전파되는 것을 방지하여 대역폭을 절약하고, 동시에 여러 포트 간의 통신이 독립적으로 이루어질 수 있게 한다. 결과적으로 충돌 도메인을 포트 단위로 분리하여 네트워크 성능과 보안을 개선하는 핵심 역할을 한다.

충돌 도메인은 네트워크 상에서 두 개 이상의 데이터 프레임이 동시에 전송되어 서로 간섭을 일으킬 수 있는 영역을 의미한다. 초기의 네트워크 장비인 리피터 허브는 모든 포트가 하나의 공유 매체처럼 작동하여, 한 포트로 들어온 데이터를 다른 모든 포트로 전송했다. 이로 인해 연결된 모든 장치가 하나의 큰 충돌 도메인을 형성했고, 네트워크 효율이 크게 저하될 수 있었다.

스위칭 허브는 각 포트마다 독립적인 충돌 도메인을 생성함으로써 이 문제를 해결한다. 스위치 내부의 스위칭 패브릭과 각 포트의 버퍼 메모리는 데이터 프레임의 독립적인 전송 경로를 제공한다. 예를 들어, 포트 1과 포트 2 간의 통신은 포트 3과 포트 4 간의 통신과 완전히 분리되어 동시에 발생할 수 있다. 이는 각 연결이 전용 회선처럼 작동하게 만든다.

이러한 충돌 도메인 분리의 효과는 네트워크 성능에 직접적인 영향을 미친다. 충돌이 발생할 가능성이 현저히 줄어들어 네트워크의 전체 처리량과 효율성이 증가한다. 또한 충돌로 인한 재전송과 지연이 감소하여 실시간 통신이나 대용량 데이터 전송에 유리한 환경을 조성한다. 결과적으로 스위칭 허브는 네트워크를 여러 개의 작은 세그먼트로 나누어 성능을 향상시키는 핵심 장비 역할을 한다.

스위칭 허브는 수신한 데이터 프레임을 전달하는 방식에 따라 크게 스토어 앤드 포워드 방식과 컷 스루 방식으로 나뉜다. 이 두 방식은 지연 시간, 오류 검사 능력, 버퍼 요구 사항 등에서 차이를 보인다.

스토어 앤드 포워드 방식은 전체 데이터 프레임이 수신 포트의 버퍼에 완전히 저장된 후에야 목적지 MAC 주소를 확인하고 전달을 시작하는 방식이다. 이 방식은 프레임을 저장하는 동안 CRC 오류 검사를 수행할 수 있어 오류가 있는 프레임은 네트워크로 전달되지 않고 폐기된다. 따라서 네트워크의 전체적인 안정성과 무결성을 높이는 장점이 있다. 그러나 프레임 전체를 버퍼링해야 하므로 전송 지연이 상대적으로 크며, 버퍼 용량에 따라 성능이 영향을 받을 수 있다.

반면, 컷 스루 방식은 프레임의 목적지 MAC 주소 필드만을 읽는 즉시 전달을 시작한다. 프레임 전체를 버퍼에 저장할 필요가 없어 스토어 앤드 포워드 방식에 비해 전송 지연이 매우 짧다. 하지만 프레임의 데이터 부분에 대한 오류 검사를 수행하지 못하기 때문에 오류가 포함된 프레임도 네트워크에 그대로 전파될 수 있다는 단점이 있다. 컷 스루 방식에는 목적지 주소만 확인하는 기본형 외에, 프레임의 첫 64바이트(일반적으로 충돌 프레그먼트의 최대 크기)를 확인한 후 전송하는 프래그먼트 프리 방식 등의 변형이 존재한다.

일부 현대의 스위치는 두 방식을 혼합한 애드옵티브 스위칭 방식을 지원하기도 한다. 이 방식은 네트워크 상태를 모니터링하다가 오류율이 특정 임계값을 초과하면 스토어 앤드 포워드 방식으로 전환하고, 오류율이 낮을 때는 컷 스루 방식으로 동작하여 지연 시간과 안정성 사이에서 유연한 성능을 제공한다.

스위칭 허브의 각 포트는 특정 이더넷 속도 표준을 지원합니다. 일반적인 포트 속도는 10/100 Mbps(패스트 이더넷), 1 Gbps(기가비트 이더넷), 10 Gbps, 심지어 40/100 Gbps에 이르기까지 다양합니다. 많은 현대식 스위치는 10/100/1000 Mbps와 같은 다중 속도를 자동으로 협상하는 오토 네고시에이션 기능을 갖춘 포트를 제공합니다. 이는 서로 다른 속도를 지원하는 장치들이 호환되어 연결될 수 있도록 보장합니다.

듀플렉스 모드는 데이터 전송 방식을 정의합니다. 하프 듀플렉스 모드에서는 데이터의 송신과 수신이 동시에 이루어지지 않으며, CSMA/CD 방식을 사용해 충돌을 관리합니다. 반면 풀 듀플렉스 모드에서는 송신과 수신 채널이 분리되어 데이터를 동시에 주고받을 수 있습니다. 이는 충돌을 근본적으로 제거하고 대역폭을 효율적으로 활용하게 합니다. 예를 들어, 1 Gbps 풀 듀플렉스 포트는 이론적으로 송신 1 Gbps와 수신 1 Gbps를 동시에 제공할 수 있습니다.

대부분의 현대 스위칭 허브는 포트별로 풀 듀플렉스 모드를 기본으로 지원하며, 연결된 장치와의 자동 협상을 통해 최적의 속도와 듀플렉스 모드를 설정합니다. 올바른 듀플렉스 설정 불일치는 네트워크 성능 저하와 패킷 손실의 주요 원인이 될 수 있습니다[2].

Auto-Negotiation은 이더넷 장치가 연결된 상대방 장치와 자동으로 최적의 통신 속도와 듀플렉스 모드를 협상하는 프로토콜이다. 이 기술은 IEEE 802.3u 표준의 일부로 정의되었으며, 주로 10/100/1000 Mbps 이더넷 포트에서 구현된다. 두 장치가 연결되면 특정 신호 패턴을 교환하여 서로 지원 가능한 최고 성능의 모드를 결정한다. 이를 통해 사용자는 수동 설정 없이도 케이블을 연결하는 것만으로 네트워크 장치 간 호환성을 보장받을 수 있다.

협상 과정은 물리층에서 이루어지며, 지원 가능한 모드에 대한 정보를 포함한 플링크 펄스 신호를 주고받는다. 일반적인 협상 우선순위는 속도와 듀플렉스 모드의 조합으로 결정된다. 예를 들어, 양쪽 장치가 모두 1000BASE-T 전이중 통신을 지원하면 그것이 최선의 선택으로 협상된다. 만약 한쪽 장치가 100BASE-TX만 지원하면, 양쪽이 공통으로 지원하는 100BASE-TX 모드로 연결이 설정된다.

Auto-Negotiation이 실패하거나 비활성화된 경우, 장치는 일반적으로 속도 감지는 수행하지만 듀플렉스 모드는 기본값인 반이중 모드로 동작할 수 있다. 이로 인해 속도는 일치하지만 듀플렉스 불일치가 발생하면 심각한 성능 저하와 패킷 손실을 초래하는 이중화 불일치 문제가 생길 수 있다. 따라서 현대 네트워크에서는 호환성 문제를 최소화하기 위해 Auto-Negotiation 기능을 활성화하는 것이 권장된다.

관리형 스위치는 네트워크 관리자가 CLI나 웹 인터페이스를 통해 구성과 모니터링이 가능한 장비이다. VLAN 설정, 링크 애그리게이션, QoS, 스패닝 트리 프로토콜 사용, 포트 모니터링 등 고급 기능을 제공한다. 이는 네트워크를 논리적으로 분할하거나 트래픽을 제어하며, 장애 복구와 보안 정책 적용이 필요할 때 필수적이다. 주로 기업, 데이터 센터, 복잡한 네트워크 토폴로지의 핵심 계층에서 사용된다.

비관리형 스위치는 전원을 연결하면 즉시 작동하는 플러그 앤 플레이 방식의 장비이다. 사용자가 별도로 설정할 수 있는 구성 옵션이 없거나 매우 제한적이다. 주로 Auto-Negotiation과 Auto-MDI/MDIX 같은 기본 기능만을 자동으로 처리한다. 설치와 유지보수가 간단하며, 가정, 소규모 사무실, 또는 네트워크의 가장 말단에서 장치를 추가로 연결하는 확장용으로 널리 쓰인다.

두 유형의 주요 차이점은 다음과 같이 정리할 수 있다.

선택은 네트워크의 규모, 복잡도, 필요한 제어 수준, 그리고 예산에 따라 결정된다. 관리형 스위치는 네트워크 성능 최적화, 가용성 향상, 보안 강화가 필요한 환경에서, 비관리형 스위치는 단순한 연결 확장이 목적인 환경에서 각각 적합하다.

레이어 2 스위치는 OSI 모델의 데이터 링크 계층(2계층)에서 동작하는 장비이다. 주된 역할은 MAC 주소를 학습하고, 수신된 이더넷 프레임의 목적지 MAC 주소를 기반으로 해당 프레임을 적절한 포트로 전달(스위칭)하는 것이다. 이 과정은 MAC 주소 테이블을 참조하여 이루어지며, 네트워크 세그먼트 내에서의 효율적인 통신과 충돌 도메인 분리를 담당한다. 일반적으로 IP 주소에 대한 라우팅 기능은 수행하지 않는다.

반면, 레이어 3 스위치는 네트워크 계층(3계층)에서 동작하는 기능을 추가로 갖춘 장비이다. 이는 라우터의 핵심 기능인 IP 주소 기반의 라로팅을 내장하고 있다. 따라서 서로 다른 IP 서브넷 또는 VLAN(가상 LAN) 간의 통신을 가능하게 한다. 레이어 3 스위치는 내부적으로 ASIC(주문형 반도체)을 사용하여 하드웨어 기반의 라우팅을 수행하므로, 소프트웨어 기반의 전통적 라우터보다 훨씬 빠른 속도로 패킷을 전달할 수 있다.

두 유형의 주요 차이점과 적용 영역은 다음과 같이 정리할 수 있다.

현대의 기업용 네트워크에서는 복잡성이 증가하면서, 순수한 레이어 2 스위치는 액세스 레이어(최종 단말이 연결되는 계층)에서 주로 사용된다. 반면, 서브넷이나 VLAN이 여러 개 존재하는 환경에서 이들을 상호 연결해야 하는 디스트리뷰션 레이어나 코어 레이어에는 레이어 3 스위치가 필수적으로 사용된다. 많은 고성능 스위치는 레이어 2 기능과 레이어 3 기능을 모두 지원하며, 관리자의 설정에 따라 그 역할이 결정된다.

PoE 스위치는 이더넷 케이블을 통해 데이터와 전력을 동시에 전송할 수 있는 스위칭 허브이다. 이 기술은 IEEE 802.3 표준군의 일부로, IEEE 802.3af, IEEE 802.3at, IEEE 802.3bt 등의 규격으로 정의된다. PoE 스위치는 네트워크 장치에 별도의 전원 공급 장치나 전원 콘센트가 필요 없도록 하여 설치 유연성과 비용 효율성을 높인다.

주로 IP 전화기, 무선 액세스 포인트, 네트워크 카메라 등 저전력 장치들을 구동하는 데 사용된다. 최신 표준인 IEEE 802.3bt는 더 높은 전력을 지원하여 LED 조명이나 작은 모니터와 같은 장치에도 전원을 공급할 수 있다. PoE 스위치는 각 포트별로 전원 공급 능력을 관리하며, 연결된 장치의 전력 요구 사항을 자동으로 협상하는 기능을 갖추고 있다.

PoE 스위치를 선택할 때는 지원하는 PoE 표준, 포트당 및 전체 스위치가 공급할 수 있는 최대 전력 예산, 그리고 필요한 포트 수를 고려해야 한다. 관리형 PoE 스위치는 전원 공급을 원격으로 모니터링하고 제어할 수 있어 대규모 배포에 유리하다.

스위칭 허브는 로컬 영역 네트워크(LAN)의 물리적 및 논리적 구성의 핵심 장비이다. 허브나 리피터와 달리, 스위칭 허브는 각 포트를 독립적인 충돌 도메인으로 분리하여 효율적인 이더넷 네트워크를 구축하는 기반이 된다. 일반적으로 사무실, 학교, 가정 등 제한된 지리적 범위 내에서 데이터 링크 계층에서 다수의 컴퓨터, 서버, 프린터 등의 장치를 연결하고 통신을 중재한다.

스위칭 허브를 이용한 기본적인 LAN 구성은 스타 토폴로지를 따른다. 모든 단말 장치는 스위칭 허브의 개별 포트에 직접 연결되며, 허브는 중앙 집중식 연결점 역할을 한다. 이 구성은 한 포트의 문제가 다른 포트에 직접적인 영향을 미치지 않아 네트워크 안정성을 높인다. 스위칭 허브는 연결된 장치의 MAC 주소를 학습하여 트래픽을 지능적으로 필터링하고 전달하므로, 불필요한 브로드캐스트 트래픽을 줄이고 전체 네트워크 대역폭 효율을 극대화한다.

더 큰 규모의 LAN을 구성할 때는 계층적 설계가 적용된다. 여기서 스위칭 허브는 액세스 계층, 배포(분배) 계층, 코어 계층 등 다양한 역할을 수행한다.

이러한 계층적 구성은 네트워크 성능 최적화, 관리 용이성, 확장성, 그리고 장애 지점을 국소화하는 데 기여한다.

백본 연결은 네트워크의 핵심 고속 경로를 구성하는 것을 의미한다. 스위칭 허브는 일반적으로 액세스 레이어에서 단말 장치를 연결하지만, 백본 연결을 위해 사용될 때는 다른 스위치나 네트워크 세그먼트를 고속으로 상호 연결하는 역할을 한다. 이를 위해 고속 업링크 포트(예: 10GbE, 25GbE, 40GbE)를 지원하는 스위치가 자주 사용된다. 백본 연결은 네트워크 내 데이터 흐름의 병목 현상을 방지하고, 효율적인 트래픽 라우팅을 가능하게 한다.

스태킹은 물리적으로 분리된 여러 대의 스위치를 논리적으로 단일 장치처럼 관리하고 운영할 수 있게 해주는 기술이다. 스태킹을 구성하면 스위치들 간에 전용 스태킹 케이블이나 포트를 통해 고대역폭의 내부 연결이 형성된다. 이는 관리 효율성을 크게 향상시킨다. 관리자는 스택을 이루는 모든 스위치를 하나의 IP 주소로 관리할 수 있으며, 구성 변경을 한 번에 적용할 수 있다. 또한, 스태킹은 링크 애그리게이션과 같은 기능을 스택 멤버 간에 적용할 수 있게 하여 대역폭과 이중화를 증가시킨다.

다음은 백본 연결과 스태킹의 주요 특징을 비교한 표이다.

이 두 기술은 상호 배타적이지 않으며, 함께 사용될 수 있다. 예를 들어, 스태킹으로 구성된 스위치 그룹이 다른 스택이나 코어 스위치에 고속 백본 링크로 연결되는 방식이 일반적이다. 이를 통해 네트워크는 관리 편의성, 확장성, 그리고 고성능 백본을 모두 갖출 수 있다.

VLAN은 하나의 물리적 스위칭 허브를 여러 개의 논리적 네트워크로 분할하는 기술이다. 이 기술은 IEEE 802.1Q 표준을 기반으로 하며, 이더넷 프레임에 VLAN 식별 정보(태그)를 추가하여 작동한다. VLAN을 지원하는 스위칭 허브는 이 태그 정보를 읽어 동일한 VLAN ID를 가진 포트들 사이에서만 프레임을 전달한다. 이를 통해 물리적 배선의 변경 없이도 네트워크를 논리적으로 분리하거나 그룹화할 수 있다.

VLAN을 도입함으로써 얻는 주요 이점은 다음과 같다.

VLAN을 구성할 때는 일반적으로 '태그된 포트(Tagged Port)'와 '태그되지 않은 포트(Untagged Port)'의 개념을 사용한다. 태그된 포트는 여러 VLAN의 트래픽을 전송할 수 있는 트렁크 포트로, 주로 스위치 간 연결에 사용된다. 반면 태그되지 않은 포트는 하나의 특정 VLAN에만 속하며, 컴퓨터나 IP 전화기 같은 최종 사용자 장비를 연결하는 액세스 포트로 활용된다. 관리형 스위칭 허브는 이러한 VLAN 설정을 제어할 수 있는 관리 인터페이스를 제공한다.

또한, VLAN 간의 통신이 필요한 경우에는 라우터나 레이어 3 스위치와 같은 라우팅 기능을 가진 장비가 필요하다. 이 장비는 서로 다른 VLAN 사이에서 IP 패킷을 중계하는 역할을 수행한다.

스위칭 허브를 선택할 때 포트 수는 가장 기본적인 고려 사항이다. 포트 수는 단일 장치가 연결할 수 있는 네트워크 노드의 최대 개수를 결정한다. 일반적으로 5포트, 8포트, 16포트, 24포트, 48포트 등으로 구분되며, 대규모 데이터 센터에서는 96포트 이상의 고밀도 스위치도 사용된다. 필요한 포트 수는 현재 연결할 장치의 수뿐만 아니라 향후 확장성을 고려하여 결정하는 것이 일반적이다.

포트 속도는 각 포트가 지원하는 최대 데이터 전송률을 의미하며, 주로 메가비트每秒(Mbps) 또는 기가비트每秒(Gbps) 단위로 표시된다. 일반적인 속도 등급은 다음과 같다.

현대 네트워크에서는 1Gbps(기가비트) 포트가 표준으로 자리 잡았으며, 점차 2.5Gbps 또는 10Gbps 포트를 포함한 멀티기가비트 스위치의 보급이 확대되고 있다. 스위치는 종종 다양한 속도의 포트를 혼합하여 제공하기도 한다. 예를 들어, 대부분의 포트는 1Gbps로 제공하지만, 서버나 상위 스위치를 연결하기 위한 몇 개의 10Gbps 업링크 포트를 포함하는 구성이 일반적이다.

최종 선택은 예산, 네트워크 트래픽 요구사항, 그리고 연결될 장치들의 능력을 종합적으로 평가해야 한다. 저속 장치만 연결된다면 100Mbps 포트로도 충분할 수 있지만, 대용량 파일 전송이나 실시간 미디어 스트리밍이 필요한 환경에서는 기가비트 이상의 속도가 필수적이다. 또한, 모든 포트가 동시에 최대 속도로 동작할 수 있도록 백플레인 대역폭이 충분한지 확인하는 것도 중요하다.

전송 용량은 스위칭 허브가 모든 포트를 통해 동시에 처리할 수 있는 최대 데이터 양을 나타내는 지표이다. 이 값은 일반적으로 초당 비트 수(bps)로 표시되며, 스위치의 내부 처리 성능과 병렬 처리 능력을 직접적으로 반영한다.

전송 용량은 포트 수, 각 포트의 속도, 그리고 스위치 내부 버스 또는 스위칭 패브릭의 아키텍처에 따라 결정된다. 예를 들어, 24개의 1Gbps 포트와 2개의 10Gbps 업링크 포트를 가진 스위치의 이론적 최대 전송 용량은 모든 포트가 풀 듀플렉스로 동시에 최대 속도로 동작할 때의 총 대역폭으로 계산할 수 있다. 간단한 계산식은 다음과 같다.

실제 스위치는 이론적 용량에 도달하지 못할 수 있으며, 패킷 오버헤드나 관리 트래픽을 고려하지 않은 순수 데이터 속도이다. 따라서 네트워크 설계 시에는 예상되는 트래픽 부하와 향후 확장성을 고려하여 여유 있는 전송 용량을 가진 스위치를 선택하는 것이 중요하다. 특히 백본 스위치나 데이터 센터의 집중적 트래픽을 처리하는 장비에서는 높은 전송 용량이 필수적이다.

스위칭 허브의 에너지 효율성은 운영 비용 절감과 환경 보호 측면에서 중요한 고려사항이다. 네트워크 장비는 지속적으로 전력을 소비하기 때문에, 특히 대규모 데이터 센터나 기업 환경에서는 에너지 효율이 높은 장비를 선택하는 것이 필수적이다.

에너지 효율성을 높이기 위한 주요 기술로는 IEEE 802.3az 표준, 즉 EEE가 있다. 이 기술은 데이터 트래픽이 없거나 낮을 때 해당 이더넷 포트의 전력 소비를 최소한의 대기 상태로 낮추었다가, 트래픽이 다시 발생하면 빠르게 정상 모드로 복귀하는 방식을 사용한다[4]. 또한, 포트별로 연결된 장치의 링크 속도나 듀플렉스 모드를 감지하여 필요 이상의 전력을 공급하지 않는 적응형 전력 관리 기능도 널리 적용된다.

스위칭 허브를 선택할 때는 다음과 같은 에너지 효율 관련 사양을 확인하는 것이 좋다.

이러한 에너지 효율 기능은 초기 투자 비용을 조금 높일 수 있지만, 장기적으로는 상당한 전기 요금 절감 효과를 가져온다. 또한, 발열량이 감소하여 장비의 수명 연장과 냉각 비용 절감에도 기여한다.

이더넷은 로컬 에어리어 네트워크(LAN)에서 가장 널리 사용되는 유선 네트워킹 기술이다. 이 표준은 IEEE 802.3 위원회에 의해 개발 및 관리되며, 물리적 매체(케이블)와 데이터 링크 계층의 매체 접근 제어(MAC) 부분을 정의한다. 초기에는 동축 케이블을 사용한 10 Mbps 속도의 기술로 출발했으나, 지속적인 발전을 통해 현재는 100 Mbps(패스트 이더넷), 1 Gbps(기가비트 이더넷), 10 Gbps, 40 Gbps, 심지어 400 Gbps에 이르는 고속 표준까지 확장되었다.

이더넷의 핵심은 CSMA/CD(반송파 감지 다중 접속/충돌 탐지) 방식이었으나, 현대의 풀 듀플렉스 및 스위칭 허브가 보편화되면서 충돌 영역이 제거되어 이 메커니즘은 사실상 사용되지 않는다. 주요 물리적 매체와 표준의 발전은 다음 표와 같다.

스위칭 허브는 이더넷 네트워크의 중심 장치로서 동작한다. 허브는 연결된 각 장치의 MAC 주소를 학습하고, 수신된 이더넷 프레임의 목적지 주소를 확인하여 해당 프레임을 오직 목적지 장치가 연결된 포트로만 전달한다. 이 방식은 불필요한 트래픽 전파를 방지하고 네트워크 효율성과 보안을 향상시킨다. 또한, 각 포트는 독립적인 충돌 도메인을 형성하여 네트워크 성능을 크게 높인다.

이더넷의 지속적인 진화는 더 높은 대역폭, 향상된 에너지 효율(이더넷 저전력 유휴 모드), 그리고 Power over Ethernet(PoE)과 같은 편의 기능을 제공한다. 이러한 표준화된 기반 덕분에 이더넷은 기업, 데이터 센터, 가정 등 전 세계 유선 네트워크의 사실상의 표준으로 자리 잡았다.

링크 애그리게이션은 여러 개의 물리적인 이더넷 링크를 하나의 논리적인 링크로 결합하여 대역폭을 증가시키고 네트워크 연결의 신뢰성을 높이는 기술이다. 이 기술은 IEEE 802.3ad 표준으로 정의되어 있으며, 실제 구성에는 LACP 프로토콜이 흔히 사용된다. LACP는 연결된 장치 간에 제어 패킷을 교환하여 링크를 자동으로 그룹화하고 모니터링하는 역할을 한다.

주요 동작 방식은 다음과 같다. 두 대의 스위칭 허브나 스위치와 서버 사이에 여러 개의 이더넷 케이블을 연결하면, LACP가 활성화된 상태에서 양측 장치는 협상을 통해 이 링크들을 하나의 논리적 채널로 통합한다. 이렇게 생성된 채널은 단일 링크보다 높은 총 대역폭을 제공하며, 하나의 물리적 링크에 장애가 발생하더라도 나머지 링크를 통해 트래픽을 계속 전송할 수 있는 로드 밸런싱과 이중화 기능을 갖춘다.

구성 시 고려사항은 아래 표와 같다.

이 기술은 서버와 스위칭 허브 간의 업링크나 스위치 간의 백본 연결과 같이 높은 대역폭과 안정성이 요구되는 구간에서 널리 활용된다. 이를 통해 네트워크 병목 현상을 줄이고 가용성을 향상시키는 효과를 얻을 수 있다.

스패닝 트리 프로토콜(Spanning Tree Protocol, STP)는 이더넷 네트워크에서 루프가 발생하는 것을 방지하고, 루프가 존재할 경우 백업 경로를 활성화하는 네트워크 프로토콜이다. IEEE 802.1D 표준으로 정의되어 있다. 네트워크에 여러 경로가 존재하면 브로드캐스트 스톰, MAC 주소 테이블 불안정, 중복 프레임 수신 등의 문제가 발생할 수 있다. STP는 이러한 물리적 루프를 논리적으로 차단하여 단일 경로만 활성화함으로써 네트워크의 안정성을 보장한다.

STP는 브리지 프로토콜 데이터 유닛(BPDU)이라는 특수 프레임을 교환하여 네트워크 토폴로지를 파악한다. 이를 통해 다음 과정을 수행한다.

1. 루트 브리지 선출: 모든 스위치 중에서 루트 브리지를 선출한다. 가장 낮은 브리지 ID를 가진 스위치가 루트 브리지가 된다.

2. 루트 포트 선출: 루트 브리지가 아닌 각 스위치에서, 루트 브리지에 가장 가까운 포트를 루트 포트로 지정한다.

3. 지정 포트 선출: 각 네트워크 세그먼트마다 루트 브리지 방향으로 트래픽을 전달하는 지정 포트를 하나씩 선출한다.

4. 차단 상태 설정: 루트 포트도 지정 포트도 아닌 나머지 포트는 차단 상태로 전환되어 데이터 프레임을 전달하지 않는다.

STP의 초기 버전은 토폴로지 변경 시 포트가 전달 상태로 전환되기까지 30~50초가 소요되는 단점이 있었다. 이를 개선한 Rapid Spanning Tree Protocol(RSTP, IEEE 802.1w)이 등장했다. RSTP는 포트 상태를 차단, 학습, 전달의 세 가지로 단순화하고, 백업 포트를 미리 지정하는 등 메커니즘을 개선하여 수렴 시간을 수 초 이내로 크게 단축시켰다. 이후 Multiple Spanning Tree Protocol(MSTP, IEEE 802.1s)은 여러 VLAN을 그룹화하여 각 그룹마다 별도의 스패닝 트리 인스턴스를 운용할 수 있게 하여 자원 활용 효율을 높였다.