제 3편. 산업용 이더넷 스위치 역할 및 기능

1. 네트워크 관리 기능
사용자가 산업용 스위치 모듈을 이용하여 시스템을 구성했을 경우, 스위치 모듈과 관련된 에러나 이더넷 네트워크에 관련된 에러가 발생하면 스위치는 에러 발생시 실시간으로 사용자에게 정보를 전달한다. 전달된 정보는 현장 또는 사무실에서 확인할 수 있으며 네트워크 진단 및 관리에 유용하게 사용할 수 있다. 스위치에서 전달되는 에러의 종류는 개발 업체 스위치 모듈 별로 약간의 차이가 있지만 크게 2가지 정도로 분류할 수 있으며 스위치의 알람 기능을 이용해서 전달하게 된다.

네트워크 에러
산업용 스위치를 이용한 네트워크는 네트워크 집중 방지를 위한 분산 제어, 환경 영향, 통신 거리 때문에 대부분 링 토폴로지를 이용한 구성이 많고 제어 구간도 많이 떨어져 있는 경우가 많다. 상위 제어부와 현장 거리가 멀리 떨어져 있기 때문에 문제 발생시 신속하게 정보를 제공하는 알람 기능을 필수적인 기능이다. 특히 통신에 심각한 영향을 초래하는 문제점이 발생할 경우에는 현장(디지털 출력) 및 네트워크(Email, Trap 등)를 통해 신속하게 전달되는 기능이 지원되므로, 사용자는 링 케이블 이상, 스위치 모듈 이상 등의 중대한 에러 발생시 신속하게 대처할 수 있도록 조치 할 수 있다. 정상 통신 중에 스위치 모듈의 심각한 문제(전원, HW에러, 부품 파손 등으로 인해 통신에 문제가 발생 했을 경우 문제가 된 스위치 모듈의 연결된 스위치 모듈이 이 상황을 판단하고 실시간으로 문제점을 통보한다. 이 과정은 매우 신속하게 전달됨으로 사용자가 신속하게 대처할 수 있도록 한다.

스위치 모듈 에러
Managed 스위치 모듈은 네트워크 관련 뿐만 아니라 스위치 모듈 내에서 발생하는 여러 가지 상황에 대해 위험 가중치에 따라 정보를 전달한다. 심각성에 따라 실시간으로 정보를 제어하거나, 로그 형태로 저장해서 필요하면 정보를 파악할 수 있도록 하고 있다. 스위치 모듈에서 발생할 수 있는 대표적인 에러 몇 가지를 설명한다.

가) 네트워크 과부하
링 포트를 포함해서 모든 포트의 부하 한계를 정한 뒤, 네트워크 부하가 한계치를 넘어설 경우 그에 대한 정보를 전달 한다. 일반적인 네트워크 과부하는 바이러스 등의 외부 문제, 사용자의 오류, 통신 기기 오동작, 통신 기기의 데이터 과부하 등에 영향을 받는다. 따라서 예측 가능한 정상적인 통신 양을 제외하면 대부분 비 정상적인 경우에 발생하는 경우가 많다. 이렇게 과부하에 의해 나타나는 현상은 즉각적으로 나타나지도 않고, 비 규칙적으로 발생할 수도 있기 때문에 네트워크에 안정성에 많은 영향을 끼치며 원인 파악이 어려운 경우가 많다.

나) 네트워크 구성 변경(토폴로지 변경)
사용자가 인지하지 못하는 시스템 구성 변경은 네트워크 시스템에 심각한 영향을 미칠 수 있으므로, 네트워크 구성(RSTP/STP, 적용 링)의 변경이 있을 경우 그에 따른 정보를 전달한다.

다) 링/사용자 포트 변화(링크 온/오프)
모든 사용자 포트에 대한 링크 사용 및 통신 유/무 변화 발생시 정보를 알려준다. 이 기능은 사용자 포트와 연결되어 있는 모듈의 상태를 파악할 수 도 있고 새로 네트워크에 등록되는 통신 기기들도 파악할 수 있어 시스템 관리에 유용하다.

라) 알람 기능
네트워크 시스템에 비정상적인 상황이 발생하거나, 사용자가 설정할 오류 조건 등의 상황이 발생할 경우, 디지털 출력, Email, Trap(SNMP), 기타 방법 등을 통해서 사용자에게 실시간으로 전달하는 기능. 통신장애 발생시 또는 문제의 발생 소지가 있는 경우에 사용 가능하며, 디지털 출력과 휴대폰을 연동해서 사용할 수도 있다. 관리자가 현장에 없고 이동 중에도 유용하게 사용할 수 있다.

2. 스위치 설정 기능 및 윈도우 전용 툴

본 연재에서 살펴 보았듯이 산업용 Managed 스위치는 매우 다양한 기능을 제공하고 있지만 사용자가 아무런 설정 없이는 기능을 이용할 수가 없다. 사용자가 원하는 기능을 동작하도록 정확하게 설정해야만 기능 사용이 가능하다. 스위치 모듈에서는 기능 설정을 위한 몇 가지 방법을 제공하고 있다.

Console 포트 설정
스위치를 설정할 수 있는 시리얼 통신 포트로 가장 기본적으로 제공되는 설정 방법이다. 다만 그래픽 방식이 아닌 커맨드 방식이라 익숙하지 않은 대부분의 일반인의 사용자는 사용하기가 어렵다고 느끼고 있다. 실제로 이러 기능을 제대로 사용하는 사람들은 네트워크 관련자 및 자격증 소지자 등 매우 한정되어 있다고 볼 수 있다.

이더넷 네트워크가 활성화 되지 못한 과거에는 주로 콘솔 포트를 사용했지만, 현재는 이더넷을 이용한 기능 설정이 대부분을 차지 하고 있다. 현재 판매되고 있는 PC의 대부분도 시리얼 통신 포트를 없애는 대신 이더넷, USB 등을 기본적인 통신 포트로 장착하고 출시되어 사용 환경도 어려워지고 있다.

이더넷 통신을 위한 IP 설정도 사설 IP를 설정핚 상태에서 출하시키고 있으므로 콘솔 포트를 이용하지 않고도 기능 설정이 가능하다.

Web browser 설정
일반적으로 Managed 스위치를 사용하는 데 익숙하지 않는 사용자와 콘솔 포트 설정에 어려움을 느끼는 사용자에게 보다 편리핚 방앆으로 Web 브라우저를 이용한 방법을 제공한다. 이더넷만 연결되어 있는 상황이라면 특별한 툴 없이도 PC의 웹 브라우저를 이용해서 필요할 때, 어느 곳에서도 기능을 설정하고 확인할 수 있다.

웹 브라우저를 이용한 기능 설정은 console 포트를 이용한 방법보다 쉽고 그래픽으로 처리했기 때문에 사용자가 쉽게 접근할 수 있도록 대부분의 모듈에서 지원하는 방법이다. 사용자는 인터넷이 연결되어 있는 장소라면 위치에 상관없이 모듈을 연결해서 설정할 수 있지만, 현실적으로는 보안상의 문제로 외부보다는 주로 현장 내에서 사용하는 경우가 많다고 볼 수 있다. 또한 웹 브라우저 기능 사용은 스위치 모듈 고유의 IP 어드레스가 필요하며, 콘솔 설정과 동일하게 하나의 모듈 설정 및 상태를 파악할 수 있다. 아래 그림은 국내 개발 제품인 i-FOS 제품의 웹 브라우저 화면을 나타낸다.

윈도우 전용 툴
콘솔 포트와 웹 브라우저를 이용한 기능 설정 방법으로는 사용자가 사용하기에 부족한 점이 많다고 볼 수 있다. 이런 현장의 문제점 제기에 일부 업체에서는 윈도우 전용 툴을 제공한다. 이 전용 툴은 콘솔과 웹 브라우저에서 이용할 수 있는 모든 기능뿐만 아니라, 네트워크 구성 형태와 실시간 정보 제공, 모듈의 동작 상태 등 다양한 기능을 제공한다. 전용 툴은 개발 업체별로 기능의 차이가 많지만, 본 연재에서는 국내 업체에서 개발 제공하고 있는 윈도우용 젂용 툴(iFOS-NM)을 이용해 설명한다.

위 기본 화면은 모듈 설정 화면, 사용자 편의의 그룹 관리 화면, 네트워크 상태 화면, 선택 모듈의 상태 화면으로 표시되며 각화면은 실시간으로 표시된다.

가) 기본 설정 기능
네트워크 스위치 모듈의 각 기능을 설정하기 위한 창으로, 사용자가 단독 그룹별로 관리할 수 있다.

하나 이상의 Managed 스위치를 사용해서 네트워크를 구성할 때, 안정된 통신 시스템을 유지하기 위해서는 시스템 구축 초기부터 계속해서 비정상적인 상태를 대비하고 관리해야 한다. 이런 모듈 관리를 위해 사용자가 원하는 방식대로 편리하게 모듈을 관리할 수 있도록 기능을 제공한다. 즉 단독 모듈만 설정하는 것이 아니고, 여러 개의 모듈을 그룹별로 동시에 설정할 수도 있다. 스위치의 설치 위치에 따라 그룹을 달리 지정함으로써, 현장에 설치된 환경과 유사하게 관리할 수 있어 사용자에게 매우 편리하다.

나) 진단 기능
iFOS-NM 전용 툴에서 제공하는 핵심적인 기능은 진단 기능이다. 현재 상태의 네트워크 구성과 스위치 모듈의 상태를 스캔해서 표시하고, 네트워크에 문제가 발생시 에러를 실시간으로 알려준다. 사용자가 네트워크 구축부터 문제점을 정확히 파악하고 신속하게 대처할 수 있게 한다. 또한 시간이 지난 후에도 에러를 파악하고 점검할 수 있도록 여러가지 로그를 제공해서, 사용자가 안정된 네트워크를 유지할 수 있도록 한다. 네트워크 진단은 네트워크 상태 및 스위치 모듈의 상태 모니터를 통해 가능하다. 기본 화면 중 중앙화면은 현재 네트워크 구성 형태와 연결 모듈을 보여주고, 우측화면은 선택된 모듈의 상태를 표시한다. 아래 그림은 정상 통신 중 링 케이블이 문제가 발생했을 경우와 모듈에 문제가 발생했을 경우의 실시간으로 표시되는 화면이다. 모듈에 문제가 발생했을 경우에는 문제 발생 모듈 화면에 상황을 표시해서 사용자가 바로 확인할 수 있게 한다.

네트워크의 문제 파악을 위해 현재의 네트워크 부하 및 패킷 종류를 제공하고 네트워크 및 모듈 내 변화 등을 저장하고 있다. 이러핚 정보들은 사용자가 문제 발생 시 원인 분석 및 안정된 네트워크를 유지하는 데 도움이 된다.

자동화 기기들에서 많이 사용되고 있는 멀티캐스트 패킷과 연관된 IGMP 정보와 Mac 어드레스 정보들을 제공함으로써 디버깅 및 네트워크 설계 및 구축, 유지 보수에 도움이 된다. (Ethernet/IP 등)

전용 툴에서는 위와 같이 많은 기능들을 제공한다. 따라서 사용자는 산업용 스위치를 선택할 때 콘솔, 웹 브라우저 기능뿐만 아니라, 편리하고 강력한 전용 툴도 같이 제공하는 모듈을 선택해서 사용한다면 이더넷 네트워크 구축 시 많은 도움이 되리라 확신한다.

D. NMS 관리(SNMP Agent 와 NMS Manager)
위에서 살펴본 기능과 툴은 모듈과 모듈 업체에서 제공하는 기능과 툴이지만, 스위치와 라우터를 포함하는 중대형 이상의 네트워크에서는 전문 상용 툴을 이용해서 네트워크를 관리한다. 일반적으로 NMS Manager라는 툴을 사용해서 네트워크를 관리하고, 제어하는데, 이런 기능은 SNMP를 이용해서 구현한다. NMS를 구축하기 위해서는 스위치 모듈이 SNMP Agent 기능을 지원해야 하고, 거의 모든 모듈들이 이 기능을 지원한다. (NMS는 Network Management Station[System] 의미한다.)

다음회에서는 산업용 이더네 스위치의 적용방안들을 알아보고자 한다.

글_ 정탁희 AC&T씨스템 연구소장