Cisco Catalyst MAC 주소 학습과 프레임 전달 원리

Cisco 기능 설명 · SWITCHING BASICS

스위치는 PC가 어느 포트에 있는지 어떻게 알까요?

PC를 다른 포트로 옮겨 꽂아도 보통은 별도의 위치 등록 없이 통신이 됩니다. 스위치가 들어오는 프레임을 보면서 MAC 주소와 포트의 관계를 배우기 때문입니다.

이 동작을 알면 “케이블은 연결됐는데 왜 MAC이 안 보이지?”, “한 포트에 주소가 왜 여러 개지?” 같은 질문을 풀기가 쉬워집니다. VLAN을 만들고 포트를 배정한 다음에 익히기 좋은 기초입니다.

읽는 기준 · Catalyst 9200·9300의 IOS XE 17.15.x 문서로 대조한 일반적인 Layer 2 동적 MAC 학습입니다. 특정 모델·버전만의 기능은 아닙니다. 정상적인 VLAN·포트 전달 상태를 가정하며, 포트 보안·특수 필터·SD-Access 같은 별도 동작은 제외합니다.

1. 학습과 전달의 기준

PC-A가 PC-B에게 프레임을 보냈다고 해보겠습니다. 프레임에는 출발지 MAC A와 목적지 MAC B가 들어 있습니다. 스위치는 이 두 주소를 서로 다른 일에 사용합니다.

A의 프레임이 VLAN 10의 Gi1/0/1로 들어오면 스위치는 “VLAN 10에서 A로 가려면 이 포트 쪽”이라고 기록합니다. 그다음 B의 주소를 찾아 어느 포트로 전달할지 결정합니다.

배울 때는 출발지, 보낼 때는 목적지.
케이블이 연결됐다는 사실만으로 PC의 MAC을 아는 것은 아닙니다. 해당 단말이 출발지인 프레임이 들어와야 동적으로 학습할 수 있습니다.

이 기록을 MAC 주소 테이블이라고 합니다. 현장에서는 CAM 테이블이라는 말도 흔히 씁니다. 기본적으로 VLAN·MAC 주소·포트를 함께 읽으면 됩니다.

2. 목적지를 모를 때는?

아래의 A·B·C는 모두 VLAN 10에 연결돼 있습니다. A가 보낸 프레임의 목적지는 B인데, 스위치 테이블에는 B의 위치가 아직 없다고 가정합니다.

이때 기본 동작은 같은 VLAN의 전달 가능한 다른 포트로 프레임을 복제하는 것입니다. 들어온 포트로는 되돌려 보내지 않습니다. 이를 Unknown Unicast Flooding이라고 합니다.

B가 자기 MAC을 출발지로 한 프레임을 보내면 스위치는 그 프레임이 들어온 포트에서 B를 배웁니다. 이후 B로 가는 유니캐스트는 그 포트로 전달할 수 있습니다.

그림의 전제 · A는 B의 목적지 MAC을 이미 알고 있다고 가정했습니다. 실제 첫 IPv4 ping에서는 ARP 요청·응답이 먼저 오갈 수 있습니다. 이 과정에서도 출발지 MAC을 학습하므로, 첫 ping이 반드시 Unknown Unicast Flooding을 만든다고 해석하면 안 됩니다.

프레임 종류	목적지 MAC	기본 전달 방식
Known Unicast	테이블에 위치가 있음	기록된 목적지 포트로 전달
Unknown Unicast	단말 하나의 주소지만 위치를 모름	입력 포트 외 같은 VLAN의 전달 가능한 포트로 복제
Broadcast	ffff.ffff.ffff	입력 포트 외 같은 VLAN의 전달 가능한 포트로 복제

Unknown Unicast가 Broadcast로 바뀌는 것은 아닙니다. 둘 다 여러 포트로 나갈 수 있지만, Unknown Unicast는 원래 단말 하나의 MAC을 목적지로 유지합니다. “여러 포트로 보낸다”는 동작과 “브로드캐스트 주소다”라는 구분은 별개입니다.

3. 테이블이 채워지는 순서

두 단말의 프레임을 모두 받았다면 다음과 같은 관계를 읽을 수 있습니다. 아래 주소는 설명용 예시이며 실제 단말 주소가 아닙니다.

VLAN	학습한 MAC	포트
10	0200.0000.000a PC-A	Gi1/0/1
10	0200.0000.000b PC-B	Gi1/0/2

여기서 VLAN을 빼고 보면 안 됩니다. VLAN 10에서 배운 주소를 안다고 해서 VLAN 20에서도 그 위치를 안다고 볼 수는 없습니다. VLAN마다 논리적으로 구분해서 관리하기 때문입니다.

동적 항목은 영구 주소록도 아닙니다. 해당 출발지의 트래픽이 오랫동안 보이지 않으면 Aging으로 사라질 수 있고, 다시 프레임을 받으면 학습합니다. 유지 시간은 장비의 실제 설정으로 확인하세요.

4. Catalyst에서 직접 조회

관리자 권한의 # 프롬프트에서 아래 조회를 사용합니다. 설정을 바꾸거나 테이블을 지우는 명령은 아닙니다. VLAN과 포트는 현재 환경에 맞게 바꿔주세요.

show mac address-table dynamic
show mac address-table vlan 10
show mac address-table interface GigabitEthernet1/0/1
show mac address-table aging-time

처음에는 전체 동적 항목을 보고, 그다음 VLAN이나 포트로 좁히면 읽기 쉽습니다. 출력의 Vlan·Mac Address·Type·Ports를 확인합니다. 이번 설명에서 동적으로 배운 항목의 유형은 DYNAMIC입니다. 정적·시스템 항목과 섞어 해석하지 마세요.

이미 연결된 실습 PC 두 대가 있다면, 조회 → 두 PC 사이에 트래픽 발생 → 다시 조회 순서로 비교해보세요. 상대가 응답했다면 양쪽 출발지 MAC을 찾는 데 도움이 됩니다. 테이블에 주소가 보인다는 것만으로 IP 통신이나 애플리케이션까지 정상이라고 판단하지는 않습니다.

5. 자주 헷갈리는 점

보이는 상황	이렇게 읽어보세요
링크는 있는데 MAC이 없음	단말이 실제로 송신했는지부터 확인합니다. VLAN·포트 상태나 학습 제한도 확인 대상입니다.
한 포트에 MAC이 여러 개	그 너머에 다른 스위치나 여러 단말을 연결한 장비가 있다면 정상일 수 있습니다. 물리적으로 한 PC가 직접 연결됐다고 단정하지 않습니다.
잠시 뒤 MAC이 사라짐	출발지 트래픽과 Aging 설정을 봅니다. 동적 항목이 사라졌다는 이유만으로 장비 고장을 판단하지 않습니다.
MAC은 있는데 ping은 안 됨	PC 주소·서브넷·게이트웨이·방화벽 등 다음 계층의 조건을 함께 확인합니다.

MAC 테이블과 ARP 테이블은 다릅니다

MAC 테이블은 “이 VLAN의 MAC으로 가려면 어느 포트인가?”를 다룹니다. IPv4 ARP 테이블은 “이 IP에 해당하는 MAC은 무엇인가?”를 다룹니다. L2 스위칭을 보는 상황과 IP를 가진 단말·게이트웨이가 이웃 주소를 찾는 상황을 구분해야 합니다.

또 하나, 주소가 없다고 운영 장비에서 전체 동적 테이블을 먼저 지우지는 마세요. 학습 상태를 잃으면 다시 배우는 동안 불필요한 플러딩이 생길 수 있습니다. 조회로 범위와 원인을 좁히는 편이 좋습니다.

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다음에 MAC 테이블을 볼 때는 세 가지를 짚어보세요. 어느 VLAN에서, 어떤 MAC을, 어느 포트 방향으로 배웠는가. 이 관계가 보이면 스위치의 주소 목록이 실제 연결 경로로 읽히기 시작합니다.

동작 대조 · Cisco IOS XE 17.15.x 9200 시스템 관리 가이드 / 9300 시스템 관리 가이드 / MAC 조회 명령. 플러딩의 기본 원리는 Cisco 기술 해설로 함께 확인했습니다. 그림과 표는 TNSS가 작성한 설명 예시이며 실측 결과가 아닙니다.

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함께 보는 공식 매뉴얼

글의 주제를 더 자세히 확인할 수 있는 공식 원문입니다. 문서별 적용 모델과 OS 버전을 확인해 주세요.

• System Management Configuration Guide
  Catalyst 9200 · IOS XE 17.15.x
  MAC Address Table·주소 학습·조회 관련 장
  PDF 매뉴얼 보기 ↗

• System Management Configuration Guide
  Catalyst 9300 · IOS XE 17.15.x
  MAC Address Table·주소 학습·조회 관련 장
  PDF 매뉴얼 보기 ↗

• Command Reference
  Catalyst 9200 · IOS XE 17.15.x
  본문에 사용한 show·구성 명령의 문법과 옵션
  PDF 매뉴얼 보기 ↗

• Command Reference
  Catalyst 9300 · IOS XE 17.15.x
  본문에 사용한 show·구성 명령의 문법과 옵션
  PDF 매뉴얼 보기 ↗