루프 방지 및 경로 최적화를 위한 STP의 핵심 메시지 BPDU

스위치나 브리지는 **STP(Spanning Tree Protocol)**에서 사용되는 BPDU(Bridge Protocol Data Unit) 메시지를 주고받으며, 이를 통해 네트워크 루프를 방지하고 효율적인 네트워크 경로를 설정합니다. 이 BPDU 메시지는 **데이터 링크 계층(Layer 2)**에서 전기적 신호로 주고받으며, 이 과정은 아래에서 자세히 설명드리겠습니다.

1. BPDU의 역할

• **BPDU(Bridge Protocol Data Unit)**는 STP 프로토콜의 핵심 메시지입니다. 스위치 또는 브리지는 이 BPDU를 사용하여 네트워크 내에서 각 장치가 루프를 피할 수 있도록 정보를 교환합니다.
• BPDU는 루트 브리지 결정, 경로 비용 계산, **포트 역할 설정(루트 포트, 지정 포트 등)**과 같은 STP 관련 정보를 담고 있습니다.

2. BPDU 주고받는 방식

• BPDU 메시지는 Layer 2(데이터 링크 계층)에서 전송됩니다.
• 이더넷 프레임으로 캡슐화되어 전송되며, 특정한 MAC 주소를 사용하여 스위치 간에 전송됩니다.
  • 출발지 MAC 주소: 스위치나 브리지의 자신의 MAC 주소를 사용.
  • 목적지 MAC 주소: BPDU의 목적지는 01:80:C2:00:00:00이라는 STP 프로토콜의 멀티캐스트 MAC 주소로 설정됩니다. 이 주소는 STP에서 사용되는 고유한 MAC 주소입니다.
• BPDU는 전기적 신호로 물리적인 네트워크 케이블을 통해 전달됩니다. 이는 물리 계층(Layer 1)에서 전기 신호로 이루어지며, 데이터 링크 계층(Layer 2)에서 이 신호를 통해 STP 메시지를 주고받습니다.

3. BPDU의 위치: OSI 모델 상에서의 동작

• **BPDU는 OSI 모델의 Layer 2(데이터 링크 계층)**에서 작동합니다.
• 이 계층에서 MAC 주소를 기반으로 BPDU가 교환됩니다.
• BPDU는 이더넷 프레임 안에 포함되어 네트워크 상에서 전달되며, **네트워크 물리 계층(Layer 1)**을 통해 실제로 전기적 신호로 전송됩니다.

4. BPDU 전송 과정

• 스위치 또는 브리지는 일정한 주기로 BPDU를 전송합니다. 기본적으로 2초마다 한 번씩 BPDU를 전송하여 네트워크 상태를 모니터링하고, 네트워크 토폴로지의 변경 여부를 파악합니다.
• BPDU 프레임은 스위치 간에 전달되며, 각각의 스위치는 수신한 BPDU를 분석하여 루트 브리지를 결정하고, 각 포트의 역할(루트 포트, 지정 포트 등)을 설정합니다.

5. 전기적 신호로 주고받는 과정

• BPDU 메시지는 전기적 신호를 통해 물리적인 네트워크(케이블, 스위치 간의 링크)로 전송됩니다.
• 스위치는 BPDU 메시지를 이더넷 프레임으로 캡슐화하여 전기 신호로 변환합니다. 이 신호는 케이블을 통해 다른 스위치로 전달됩니다.
• 수신 스위치는 전기 신호를 프레임으로 다시 해석하여 BPDU 메시지를 추출한 후, 이를 분석합니다.

6. BPDU의 전송 예시

• 예를 들어, 스위치 A가 스위치 B로 BPDU를 전송한다고 가정해 봅시다.
  1. 스위치 A는 자신의 포트에서 BPDU 프레임을 생성하고, 이더넷 프레임 안에 해당 메시지를 캡슐화합니다.
  2. 이 메시지는 전기적 신호로 변환되어 물리적 네트워크 케이블을 통해 스위치 B로 전달됩니다.
  3. 스위치 B는 그 신호를 수신하여 이더넷 프레임을 복원하고, 그 안에 있는 BPDU 메시지를 분석합니다.
  4. 스위치 B는 BPDU 정보를 기반으로 STP 알고리즘을 적용해 네트워크 상태를 업데이트합니다.

7. BPDU를 주고받는 포트와 프로토콜

• STP 프로토콜에 따라 모든 스위치 포트가 BPDU를 주고받습니다.
• 각 스위치는 STP 프로세스를 통해 BPDU를 분석하고, 네트워크 내에서의 역할(루트 브리지, 루트 포트, 지정 포트 등)을 결정하게 됩니다.

결론:

BPDU는 스위치나 브리지가 **Layer 2(데이터 링크 계층)**에서 이더넷 프레임을 통해 주고받으며, 실제로는 전기적 신호를 통해 물리적으로 전달됩니다. 네트워크 상에서 BPDU는 MAC 주소 기반으로 전송되며, 01:80:C2:00:00:00라는 멀티캐스트 MAC 주소를 사용해 다른 스위치나 브리지에 브로드캐스트 됩니다.