전기전자/정보통신

日経 NETWORK_2026.04호 (p27-29)

논리적인 트리 구조로 '폭풍'을 막는다
포트에는 상태와 역할을 부여

루프 구조를 채택하더라도 브로드캐스트 스톰이 발생하지 않도록 하는 대표적인 메커니즘이 스패닝 트리 프로토콜(STP: Spanning Tree Protocol)이다. 2026년 현재는 후속 프로토콜이 주류를 이루고 있지만, 이러한 메커니즘을 이해하기 위해서도 기본이 되는 STP를 반드시 짚고 넘어갈 필요가 있다.

-- 가상의 '말단 포트'에서 프레임을 차단 --
STP는 이름에 'Tree'가 포함되어 있듯이, 루프 구조(링 구조)의 네트워크를 논리적인 트리 구조, 즉 종단이 있는 구조로 간주함으로써 브로드캐스트 스톰이 발생하지 않도록 하는 기술이다.

STP에서 브로드캐스트 스톰을 방지하는 과정은 다음과 같다. 여기서는 원형으로 연결된 3대의 스위치에 2대의 단말이 연결된 네트워크를 가정한다.

우선 단말 A가 ARP Request와 같은 브로드캐스트 프레임을 전송한다. 프레임을 수신한 스위치 A는 수신한 포트를 제외한 모든 포트로 프레임을 전달한다. 이 경우에는 스위치 B와 스위치 C로 프레임을 전송한다.

브로드캐스트 프레임이므로 스위치 B도 수신한 프레임을 스위치 C로 전달한다. 그러나 스위치 C에서 스위치 B와 연결되는 포트는 데이터 프레임을 수신하지 않는 '블로킹 포트' 상태이기 때문에 스위치 C는 이 프레임을 수신하지 않는다. 즉, 프레임은 이 지점에서 전달이 차단된다.

스위치 C는 스위치 A로부터 수신한 프레임을 블로킹 포트로는 전달하지 않고, 단말 B에게만 전달한다. 이처럼 블로킹 포트를 배치하고 의도적으로 프레임의 전달을 차단함으로써 브로드캐스트 스톰을 방지한다.

-- 루트 브리지와의 거리를 기준으로 결정 --
블로킹 포트는 스위치 간의 통신을 통해 자동으로 결정된다. 이 결정 프로세스야말로 STP의 핵심이다. 그 과정을 자세히 살펴보자.

STP를 사용하도록 설정하면 루프 구조 안의 스위치들은 자동으로 루프 구조 안의 1대를 ‘루트 브리지’로 지정하고, 모든 스위치의 각 포트에 ‘역할’을 부여한다. 루트 브리지는 트리 구조의 '루트(뿌리)' 역할을 하는 스위치이며, 브리지 ID(Identifier)가 가장 작은 스위치가 루트 브리지가 된다. 논리적인 구조로 보면 루트 브리지를 중심으로 말단 장비들이 가지를 뻗어 나가는 형태가 된다.

각 스위치의 포트 역할은 ‘루트 포트’ ‘지정 포트’ ‘비지정 포트’의 3가지로 구분된다. 루트 포트는 루트 브리지가 아닌 스위치에서 루트 브리지에 가장 가까운 포트다. 지정 포트는 브리지 간의 링크(접속)에서 루트 브리지에 가장 가까운 포트를 뜻하며, 비지정 포트는 루트 포트나 지정 포트 어느 쪽에도 선택되지 않은 포트를 의미한다.

이 비지정 포트가 블로킹 포트로서 동작한다. 루트 브리지가 결정되면 자연스럽게 각 포트의 역할도 결정된다.

블로킹 포트가 결정되는 과정을 살펴보자. 먼저 스위치들은 루트 브리지를 결정하기 위해 BPDU(Bridge Protocol Data Unit)를 서로 교환한다. BPDU에 포함된 정보 중 브리지 ID가 가장 작은 스위치가 자동으로 루트 브리지로 선정된다.

루트 브리지가 결정되면 각 스위치는 루트 브리지까지의 패스 코스트 총합을 계산하여 루트 포트와 지정 포트를 선출한다. 그리고 남은 포트가 비지정 포트로 결정된다.

-- 포트의 '상태'는 계속 변화한다 --
앞에서 설명한 역할과는 별도로, STP에서는 각 포트가 상황에 따라 ‘상태’를 가진다. 상태는 구체적으로 5가지가 있다. 첫 번째는 ‘블로킹’ 상태다. 목적지로 전달해야 하는 데이터가 담긴 ‘데이터 프레임’은 전송하지 않고, BPDU를 수신만 하는 상태다.

두 번째는 ‘리스닝’ 상태다. 이 상태에서도 데이터 프레임은 전송하지 않는다. 루트 브리지와 포트의 역할을 결정하는 단계의 상태로, 스위치 간에 BPDU를 송수신한다.

세 번째는 ‘러닝’ 상태다. 이 상태에서도 데이터 프레임은 전송하지 않는다. 자신이 루트 포트 또는 지정 포트가 되면 네 번째 상태인 ‘포워딩’으로 전환하고, 비지정 포트가 되면 다시 블로킹 상태로 되돌아간다. 포워딩 상태가 실제로 데이터 프레임을 전송하는 상태다.

이러한 상태가 어떻게 전이되는지 살펴보자. 루트 브리지는 루트 브리지가 아닌 모든 스위치에 2초마다 BPDU를 전송한다. 블로킹 상태의 포트는 최대 20초 동안 BPDU를 수신하지 못하면 상태를 리스닝으로 이행한다. 즉, BPDU가 더 이상 수신되지 않는 것을 “어딘가에서 장애가 발생했다”라고 판단하는 것이다.

리스닝 상태로 이행되면 스위치는 BPDU를 송수신하며 루트 브리지와 각 포트의 역할을 다시 선출한다. 이 리스팅 상태에서 15초가 경과하면 포트는 러닝 상태로 이행한다.

이후 해당 포트가 루트 포트 또는 지정 포트로 선정되면 다시 15초를 기다린 후 포워딩 상태로 이행한다. 반면 비지정 포트가 되면 즉시 블로킹 상태로 이행한다.

이처럼 포트의 상태를 이행해 나감으로써 장애가 발생했을 때에도 포트의 역할을 자동으로 다시 선출할 수 있는 것이다.

 -- 끝 --
 

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닛케이 NETWORK_2026.04호 목차

특집1
・발생 메커니즘과 검출 기술 철저 해설
루프(Loop)를 막아라

・Part 1. 총론
‘루프 = 악(惡)’이 아니다 -- 브로드캐스트 스톰이 장애를 일으킨다

・Part 2. STP의 메커니즘
논리적인 트리 구조로 ‘폭풍’을 막는다 -- 포트에는 상태와 역할을 부여

・Part 3. STP의 후속 기술
STP는 저물고 RSTP와 MSTP가 주류로 -- 이중화는 스택 기술과 LAG로 실현

・Part 4. 루프를 검출하는 기술
전용 프레임으로 루프를 검출 -- MAC 주소 테이블의 업데이트 빈도도 재료로

・Part 5. 장애 사례에서 배우다
NTT서일본은 루프 검출 기능으로 재발 방지 -- 나하시청은 ‘잘못 삽입 금지’를 철저히

뉴스로 이해하기
・NEWS close-up 1
사장을 사칭하는 ‘CEO 사기’ 기승

・NEWS close-up 2
보안 투자 금액의 업종별 기준 공표

・NEWS close-up 3
아사히 그룹 홀딩스의 재발 방지책 검증

・NEWS close-up 4
‘다크 LLM’의 위협 고조

・piyokango의 월간 시스템 트러블
솔리톤의 FileZen에서 취약점 발견 -- 백신 감지 유효화에서 악용

・월간 랜섬웨어 리포트
2026년 1월에도 랜섬웨어 피해 건수는 고공행진 -- 신종 ‘0APT’ 주의보

현장을 알다
・당사자가 말한다! 트러블 탈출기
인쇄 명령을 내리면 LAN이 다운된다 -- 의문의 IP 주소가 할당

・엔지니어의 프로필
지식과 생각을 블로그로 정리 -- 테스트가 예상대로 작동할 때 가장 즐겁다
(에이피 커뮤니케이션즈 iTOC 사업부의 요코치 아키라(横地 晃) 씨)

・인터넷은 왜 연결되는가?
유선 LAN의 핵심 ‘이더넷’을 배우다

・멀웨어 철저 해설
iPhon)을 노리는 멀웨어

특집2
・제로 트러스트를 지탱하는 탑 벤더는 여기다
제3회 보안 제품/서비스 이용 실태 조사

특별 리포트
・피해를 입어도 보상은 당연한 것이 아니다
피싱 사기 시대의 계정 방어 기술

네트워크 스페셜리스트 시험으로 배우다 – 네트워크 기술의 기본
・네트워크 개편(更改)과 라우팅

기초부터 배우다
・전문가에게 묻는 초보자의 질문
리눅스란 무엇인가?

・그림으로 보는 네트워크 필수 키워드
레이어 2 스위치

・기타 고타쓰로의 테크놀로지 온고지신
시니어용 ‘폴더블 스마트폰’을 접었다 폈다 하며 생각해 봤다

・스퀘어

 -- 끝 --
 

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