[물리 계층과 데이터 링크 계층] PAgP(Port Aggregation Protocol)

 

1. PAgP

 PAgP(Port Aggregation Protocol)는 Cisco에서 사용하는 독자적인 프로토콜로, 이더채널을 구성하기 위해 개발되었다. 1990년대 초, Kalpana가 10Mbps 이더넷 링크를 집합화하는 기술을 구현했으며, 1997년 Cisco에서 이를 채택해 100Mbps 패스트 이더채널을 지원하게 되었다. 원래 이더채널은 ISL 트렁크를 지원하기 위해 설계되었다.

 

 PAgP는 Cisco 장비 간에 이더채널을 자동으로 생성하고 관리하는 기술로, 다른 벤더 장비와는 호환되지 않는다. PAgP 프레임의 이더타입 필드는 0X0104이며, 목적지 주소는 01-00-0C-CC-CC라는 멀티캐스트 그룹 주소를 사용한다. 이 프레임은 기본적으로 30초마다 관리 프레임을 전송하며, 링크 속도와 인터페이스 위치 등 LACP와 유사한 제약 사항이 존재한다. 또한, 01-00-0C-CC-CC 주소는 Cisco의 CDP, UDLD, VTP, DTP 프로토콜에서도 사용된다.

 

2. PAgP 모드 동작 방식

PAgP(Port Aggregation Protocol)는 세 가지 모드로 동작한다.

자동 모드 (Auto)	- LACP의 수동 모드와 유사하며, 채널 협상 PAgP 프레임을 수신할 때만 채널을 설정합니다. 초기 협상 프레임을 전송하지 않습니다.
디자이어러블 모드 (Desirable)	- LACP의 능동 모드와 유사하며, 채널 협상을 시작하고 상대방과 협상이 성공하면 채널을 설정합니다. Cisco 스위치는 기본적으로 디자이어러블 모드로 동작합니다.
활성 모드 (On)	- 협상 없이 강제로 채널을 설정하며, PAgP나 LACP 제어 프레임을 주고받지 않습니다. 이는 LACP의 능동 모드와 같습니다.

 

 또한, PAgP는 침묵 모드(Silent Mode)로 설정할 수 있으며, 이 모드는 채널 설정을 위한 PAgP 프레임 없이 동작한다. 주로 파일 서버나 패킷 분석기와 같은 장비와 이더채널을 설정할 때 사용된다. 상대 장비가 PAgP를 지원하면 non-silent 모드를 활성화해 PAgP 수신을 준비할 수 있다.

 

 모드에 따른 링크 수립 시간은, auto silent 서브 모드에서 약 15초, auto non-silent 서브 모드에서는 45~50초가 소요된다.

 

 PAgP PDU는 자동 및 디자이어러블 모드에서 활성 포트 간에 송수신되며, 관리 트래픽(CDP, DTP)과 사용자 트래픽은 모든 물리적 포트로 전달된다. 트렁크 포트가 설정되면, PAgP PDU는 첫 번째 채널 멤버 포트를 통해 가장 낮은 VLAN ID로 전달되고, STP도 해당 포트를 사용한다.

 

3. PAgP 러너 타입

 PAgP(Port Aggregation Protocol)가 활성화된 장비는 장비 ID를 통해 자신을 식별하며, 포트 그룹 간 상호 학습을 진행한다. PAgP로 운영되는 스위치는 물리적 러너(Physical Learner)와 어그리게이트 러너(Aggregate Learner) 중 하나로 동작한다.

물리적 러너	- 이더채널 그룹의 물리적 포트를 기반으로 MAC 주소를 학습함. - 학습된 MAC 주소는 물리적 인터페이스(Fa0/1 등)로 매핑되며, 트래픽도 해당 물리적 포트를 통해 전달됨. - 동일한 MAC 주소로 패킷을 전달할 때 항상 동일한 포트를 사용함.
어그리게이트 러너	- 논리적 이더채널 포트(예: PortChannel1)를 기반으로 MAC 주소를 학습함. - Cisco 스위치는 기본적으로 어그리게이트 러너로 설정되어 있음.

 

 PAgP는 상대 스위치의 러너 타입을 자동으로 인식하지 못하기 때문에, 물리적 러너로 동작하려면 이더채널 설정 시 물리적 러닝 모드로 수동 설정해야 한다.

• 이 모드에서는 소스 기반 로드 밸런싱 방식을 사용해 학습된 MAC 주소를 기반으로 동일한 물리적 포트로 트래픽을 전달하도록 설정해야 한다.
• 러너 타입은 양 장비 간에 동일하게 설정해야 하며, 포트 채널 설정 이전에 반드시 수동으로 지정해야 한다.

 

4. PAgP 로드 밸런싱

 PAgP의 로드 밸런싱은 Cisco의 해시 알고리즘을 기반으로 하며, 각 링크에 대해 프레임별 라운드 로빈 방식을 사용하지 않는다. 대신, 프레임의 순서가 뒤섞이는 것을 방지하는 방식으로 작동합니다. 로드 밸런싱 방식은 스위치 플랫폼에 따라 다를 수 있다.

Catalyst 6500 로드 밸런싱	- 소스 및 목적지 MAC 주소를 XOR 연산하여 분배를 수행함. - XOR 방식의 장점은 프레임의 순서를 유지하지만, 트래픽 부하가 특정 링크에 편중될 수 있다는 단점이 있음.
부하 분배의 확장	- 트래픽 공평성을 높이기 위해 Catalyst 6500에서는 소스/목적지 MAC 주소뿐 아니라 IP 주소와 TCP/UDP 포트 번호도 계산에 활용함. - 이 설정은 명령어 port-channel loadbalance [옵션]으로 변경 가능하며, 현재 설정 상태는 show etherchannel load-balance 명령어로 확인할 수 있음.
효율적인 로드 밸런싱을 위한 구성	- 해시 함수 결과에 따라 물리적 포트로 로드가 분배됨. - 이상적인 로드 분배를 위해 채널 멤버의 물리적 포트 수는 2, 4, 8과 같이 2의 제곱수로 설정하는 것이 권장됨.

 

- Cisco 장비별 로드 밸런싱 방식

모델	로드 밸런싱 방식	해시 입력 값	해시 연산 동작
모든 모델	src-ip	소스 IP 주소	비트
	dst-ip	목적지 IP 주소	비트
	src-dst-ip	소스 목적지 IP 주소	XOR
	src-mac	소스 MAC 주소	비트
	dst-mac	목적지 MAC 주소	비트
	src-dst-mac	소스 목적지 MAC 주소	XOR
4500,6500	src-port	소스 포트	비트
	dst-port	목적지 포트	비트
	src-dst-port	소스 목적지 포트	XOR

 

- 로드 밸런싱 비율

물리적 포트 수	로드 밸런싱 비율
8	1 : 1 : 1 : 1 : 1 : 1 : 1 : 1
7	2 : 1 : 1 : 1 : 1 : 1 : 1
6	2 : 2 : 1 : 1 : 1 : 1
5	2 : 2 : 2 : 1 : 1
4	2 : 2 : 2 : 2
3	3 : 3 : 2
2	4 : 4

※ 참고 : Cisco Virtual Switching System(VSS)  Cisco의 VSS는 두 개의 물리적인 Catalyst 6500 스위치를 하나의 논리적인 스위치로 통합하여 동작하도록 설계된 기술이다. VSS 환경에서는 두 스위치 중 하나는 Active 역할을 맡고, 다른 하나는 Standby 역할을 수행한다. 이 두 스위치는 서로 이더채널(EtherChannel)을 통해 제어 패킷을 주고받으며, 동기화와 관리 기능을 유지한다.  또한, Access 스위치는 멀티섀시 이더채널(Multichassis EtherChannel, MEC)을 사용하여 VSS와 연결된다. MEC는 물리적으로 두 대의 스위치와 연결되지만, 논리적으로는 하나의 스위치와 연결된 것처럼 동작한다. 이를 통해 고가용성과 네트워크 복원력을 제공하며, 데이터 전송의 효율성을 높이는 동시에 단일 장애점(Single Point of Failure)을 최소화한다.