네트워크 인프라 이해하기 · 제2부 · 가까운 장비까지 데이터는 어떻게 전달될까

두 스위치 사이에 케이블을 여러 개 연결했는데 왜 하나만 데이터를 보낼까

L2 Loop를 끊는 Root 선출·포트 역할과 RSTP 수렴을 운영 증거로 읽는 법

스위치 사이에 이중화 링크를 아무 제어 없이 연결하면 프레임이 되돌아와 계속 복제될 수 있습니다. STP와 RSTP는 Root Bridge를 고르고 각 포트의 역할과 상태를 정해 Loop가 없는 경로만 전달에 사용합니다. 이 글에서는 BPDU 비교부터 링크 장애 뒤 재수렴, Edge 포트 보호와 반복 장애를 확인하는 순서까지 살펴봅니다.

이중화 링크 안에서 프레임이 계속 복제되면 스위치 전체에 무슨 일이 생길까↑

Broadcast 프레임은 같은 VLAN의 여러 포트로 복제됩니다. Loop가 있으면 복제된 프레임이 다른 스위치를 돌아 다시 들어오고, 또 복제됩니다. Ethernet 헤더에는 이런 순환을 끝낼 TTL이 없습니다.

같은 Source MAC이 서로 다른 Uplink에서 반복 관찰되면 MAC Flapping도 생깁니다. 스위치는 목적지 위치를 안정적으로 선택하지 못하고 CPU와 링크가 Broadcast로 차오를 수 있습니다. 한 사용자의 느린 접속보다 VLAN 전체 장애로 번지는 이유입니다.

ARP Request 한 개가 삼각형 토폴로지의 두 경로로 복제되면 각 스위치는 다른 Uplink에서 같은 프레임을 다시 받습니다. Destination이 Broadcast이므로 수신 포트를 제외한 같은 VLAN의 전달 포트로 복제되고, Ethernet에는 라우터의 TTL처럼 홉마다 줄어드는 값이 없습니다. 원래 한 개였던 프레임이 링크 대역폭과 스위치 Buffer를 빠르게 차지합니다. 정상 Unicast도 큐에서 폐기되어 VLAN 전체가 멈춘 것처럼 보입니다.

복제된 프레임의 Source MAC도 두 Uplink를 번갈아 들어오므로 스위치는 동일 MAC의 위치를 계속 바꿉니다. 이 MAC Flapping 때문에 Unicast가 잘못된 포트로 향할 수 있습니다. 목적지 MAC 항목이 없으면 플러딩이 발생합니다. Broadcast Storm, 높은 CPU와 MAC Move가 동시에 나타나는 이유입니다. 한 링크를 끊었을 때 즉시 안정된다면 Loop 가능성이 크지만, 어느 VLAN과 물리·논리 링크가 순환을 만들었는지 토폴로지로 확인해야 근본 조치가 됩니다.

Link Aggregation처럼 여러 선을 하나의 논리 링크로 합의하지 않은 채 평행 연결하면 각각 독립 경로가 되어 Loop가 생깁니다. 단말의 이중 NIC Bridge, 가상 스위치와 잘못 연결된 소형 스위치도 원인이 될 수 있습니다. 증상은 전체 지연·패킷 손실·MAC Flapping으로 나타나므로 트래픽이 많은 포트만 차단하기 전에 토폴로지와 Loop 경로를 확인해야 합니다.

이 절의 근거 IEEE 802.1Q-2022 · IEEE 802.1Q Working Group

STP는 모든 스위치가 같은 트리를 그리도록 먼저 Root Bridge를 정한다↑

STP 스위치는 BPDU를 교환해 가장 우선인 Bridge ID를 Root Bridge로 선출합니다. Bridge ID 비교에는 Priority와 MAC 기반 식별 정보가 사용됩니다. 운영자는 중요 경로에 맞춰 Priority를 설계할 수 있습니다.

Root가 우연히 Access 스위치로 정해지면 트래픽이 비효율적인 경로를 따르거나 장애 영향이 커질 수 있습니다. VLAN·MST Instance와 구현 방식에 따라 Root 범위를 확인합니다.

모든 스위치가 자신을 Root라고 알리며 시작하지만 더 우수한 Bridge ID를 담은 BPDU를 받으면 그 정보를 채택합니다. 최종 Root의 BPDU가 트리 전체에 기준 거리와 식별 정보를 제공합니다. 각 스위치는 “Root까지 어느 포트가 가장 좋은가”를 같은 기준으로 비교할 수 있습니다. Root는 모든 트래픽을 직접 처리하는 Master가 아니라 L2 경로 계산의 기준점입니다.

운영자는 Distribution 또는 Core의 특정 스위치를 Primary Root, 다른 장비를 Secondary 후보로 설계할 수 있습니다. 실제 Root가 예상 장비인지 VLAN 또는 MST Instance별로 확인해야 합니다. 새 스위치가 더 우수한 기본 Bridge ID로 들어와 Root가 바뀌면 차단 포트와 트래픽 경로가 함께 바뀔 수 있습니다. Root 변경은 설정 한 줄의 문제가 아니라 전체 트리의 전달 토폴로지 변경이므로 Maintenance 전에 영향 경로를 계산합니다.

기본 Priority에 맡기면 MAC 등의 Tie-Break 결과로 Access 스위치가 Root가 될 수 있어 트래픽 경로와 장애 수렴이 의도와 달라집니다. 운영자는 VLAN 또는 STP Instance별 주 Root와 보조 Root를 설계 위치에 명시하고 Priority를 설정합니다. Root가 바뀌었다면 새 Root ID뿐 아니라 어떤 BPDU가 더 우수하게 평가되었는지와 변경 시각을 확인합니다.

이 절의 근거 IEEE 802.1Q-2022 · Cisco Troubleshoot STP Problems and Related Design Considerations

RSTP는 이웃 스위치와 포트 역할을 확인해 대기 시간을 줄인다↑

RSTP는 Point-to-Point 링크에서 Proposal과 Agreement를 교환해 새 경로를 안전하게 빠르게 전달 상태로 전환할 수 있습니다. Edge 포트는 다른 스위치가 연결되지 않는다는 전제에서 초기 대기 시간을 줄일 수 있습니다.

전환 시간은 링크 장애를 감지하는 방식, 토폴로지와 장비 처리 성능, 타이머 설정에 따라 달라집니다. RSTP를 사용한다는 사실만으로 복구 시간을 정할 수는 없습니다. 실제로 링크나 장비를 중단해 보고, 사용자 통신이 다시 가능한 시점까지 측정해야 합니다.

RSTP의 빠른 전환은 모든 포트가 Timer 만료를 기다리는 대신 Point-to-Point 이웃과 새 Designated·Root 역할을 Proposal/Agreement로 확인하는 데서 나옵니다. 스위치는 다른 경로가 안전하게 동기화되었음을 확인한 뒤 새 포트를 전달 상태로 전환합니다. 대체 포트도 Root Path 장애 때 빠르게 루트 포트 후보가 될 수 있습니다. 단순히 프로토콜 이름을 RSTP로 바꿨다고 모든 링크가 같은 속도로 전환되는 것은 아닙니다.

Shared 세그먼트, Legacy STP 이웃, 단방향 링크와 잘못된 Edge 설정은 빠른 Handshake 조건을 깨뜨릴 수 있습니다. 링크 Down 감지 뒤 STP 역할은 바뀌어도 관련 LACP, Gateway, 라우팅과 애플리케이션 세션이 안정되는 데 추가 시간이 필요합니다. 장애 시험에서는 BPDU 시각, 포트 상태 전환, MAC 재학습과 실제 패킷 복구를 따로 측정합니다. 이 구분이 프로토콜 전환 시간과 사용자 중단 시간을 혼동하지 않게 합니다.

빠른 수렴은 모든 장애가 무손실이라는 뜻이 아닙니다. 물리 Down 감지, BPDU 수신 상실, MAC 테이블 갱신과 상위 프로토콜 수렴 시간이 함께 작용합니다. Half-Duplex, 공유 세그먼트, 비호환 모드 또는 단방향 링크에서는 빠른 Handshake 가정이 깨질 수 있으므로 실제 토폴로지 Change Log와 패킷 손실 구간을 측정합니다.

이 절의 근거 IEEE 802.1Q-2022 · IEEE 802.1Q Working Group

사용자 포트에 다른 스위치가 연결되었을 때 BPDU Guard가 먼저 막아야 하는 이유↑

사용자·서버 포트를 Edge로 설정하면 빠르게 전달할 수 있지만 다른 스위치를 연결하면 Loop 위험이 생깁니다. BPDU Guard는 Edge 포트에서 BPDU를 받았을 때 포트를 차단해 잘못된 연결이 STP 토폴로지를 바꾸는 일을 줄입니다.

Root Guard, Loop Guard 등 다른 보호 기능도 해결하는 실패가 다릅니다. 기능 이름을 일괄 적용하기보다 어느 신뢰 경계에서 어떤 비정상 BPDU·단방향 링크를 막을지 설계합니다.

Edge 포트는 PC나 서버처럼 스패닝 트리에 참여하지 않는 단말을 연결하는 포트입니다. 빠르게 전달 상태로 바꿀 수 있지만, 여기에 스위치를 잘못 연결하면 루프나 토폴로지 변경이 생길 수 있습니다. BPDU Guard는 보호 대상으로 설정한 포트에서 BPDU를 받으면 포트를 오류 차단 상태로 전환합니다. 잘못된 배선을 확인할 담당자와 포트를 다시 열 조건도 함께 정해 두어야 합니다.

Root Guard는 특정 방향의 장비가 더 우수한 Root BPDU를 보내 Root가 되는 것을 막고, Loop Guard는 받아야 할 BPDU가 사라진 비정상 상황에서 차단 포트가 잘못 전달 상태로 바뀌는 일을 줄입니다. UDLD 같은 링크 감지 기능은 다른 방식으로 단방향 장애를 다룹니다. 이름이 비슷해도 Trigger와 보호 대상이 다르므로 Access·Uplink별 신뢰 조건에 맞춰 선택하고 폐기·Inconsistent 상태를 모니터링해야 합니다.

Root Guard는 특정 포트가 더 우수한 BPDU를 받아 Root 방향이 되는 것을 막고, Loop Guard는 BPDU가 사라진 비정상 상태에서 차단 포트가 잘못 전달 상태로 바뀌는 것을 막는 용도입니다. 기능 이름은 비슷하지만 보호하는 실패 조건이 다릅니다. 적용 전 포트 역할과 정상 BPDU 방향을 정하고, 차단 뒤 자동 또는 수동 복구 절차와 경보를 마련합니다.

이 절의 근거 IEEE 802.1Q-2022 · Cisco Troubleshoot STP Problems and Related Design Considerations

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