[컴퓨터망] Network Layer (2) - Switching Fabric

라우터에는 여러 개의 입력 포트와 출력 포트가 존재합니다. 그래서 입력 포트로 들어온 패킷을 포워딩 테이블에 따라 적절한 출력 포트로 보내주어야 합니다. 그래서 정확하게 출력 포트에 패킷을 보내주기 위해 여러 개의 입/출력 포트들이 복잡하게 연결되어 있습니다. 이렇게 입/출력 포트들끼리 얼기설기 엮여 연결되어 있는 모습이 섬유처럼 생겼다고 해서 패킷을 입력 포트에서 출력 포트로 전달해주는 과정을 스위칭 패브릭(Switching Fabric)이라고 부릅니다.

각각의 입/출력 포트에는 큐가 존재하여 먼저 도착한 패킷이 아직 출력되지 못했다면, 큐에서 대기하며 자신의 차례를 기다립니다.

스위칭 패브릭에는 크게 3가지 종류가 존재합니다. 이 방법들을 하나씩 살펴보도록 하겠습니다.

1. 메모리를 이용한 스위칭 (Switching via Memory)

메모리를 사용하는 방법은 가장 초기 형태의 라우터들이 사용한 방법입니다. 각 입력 포트로 들어오는 모든 패킷들은 메모리로 복사되었다가 선택된 출력 포트로 내보내어집니다. 그래서 모든 입력 포트들은 하나의 메모리를 공유하게 됩니다.

패킷 하나 당 입력 포트에서 메모리로, 그리고 메모리에서 출력 포트로의 이동을 위해 메모리 버스에 2번의 접근이 필요하기 때문에 메모리의 대역폭(Bandwidth)에 따라 속도가 좌우됩니다. 참고로, 지금과 같은 메모리 버스에서의 대역폭은 일정 시간 동안 해당 버스를 통해 전송될 수 있는 데이터의 양 정도로 이해하시면 될 것 같습니다.

2. 버스를 이용한 스위칭 (Switching via Bus)

버스를 이용한 스위칭은 입력 포트들과 출력 포트들 사이에 하나의 공유 버스를 두고 이를 사용하는 방법입니다. 공유 버스라는 하나의 통로를 통해 패킷이 이동하기 때문에, 역시 대역폭에 따라 스위칭의 속도가 제한됩니다. 그리고 하나의 버스만을 사용하기 때문에 충돌(Bus Contention)을 피하기 위해 한 사이클 당 하나의 패킷만 처리할 수 있다는 단점이 있습니다.

3. 상호연결을 이용한 스위칭 (Switching via Interconnection network)

지금 알아볼 방식이 스위칭 패브릭이라는 이름에 가장 잘 어울리는 방식입니다. 또한, 앞의 두 방식이 모두 가지고 있는 버스의 대역폭에 의한 속도의 한계라는 문제를 극복한 방식이기도 합니다.

Crossbar switch라고도 부르며, n개의 입력 포트와 n 개의 출력 포트가 연결된 2n개의 버스로 구성하여 앞의 두 방식과 비교하여 굉장히 빠른 속도로 패킷을 전달해 줄 수 있습니다. 당연하게도, 현재 가장 많이 이용되는 방법입니다.