Cisco 레이어 3(Layer 3) 스위치는 L2 스위치의 스위칭 기능과 라우터의 IP 라우팅 기능을 하나의 장비에서 수행하는 네트워크 장비입니다. 쉽게 말하면 스위치처럼 빠르게 동작하면서도 라우터처럼 서로 다른 네트워크를 연결할 수 있는 장비입니다. Cisco는 이를 Multilayer Switch라고도 부릅니다. 하드웨어 기반 포워딩(ASIC)과 Cisco Express Forwarding(CEF)을 사용해 매우 높은 속도로 패킷을 처리합니다.

1. Layer 2 스위치와 Layer 3 스위치 차이

구분	Layer 2 Switch	Layer 3 Switch
동작 계층	OSI 2계층(Data Link)	OSI 2,3계층
주소	MAC Address	MAC + IP Address
VLAN 통신	불가능	가능
Routing	X	O
Broadcast Domain	VLAN마다 분리	VLAN간 Routing 가능
대표 기능	Switching	Switching + Routing

예를 들어

PC1
192.168.10.10
VLAN10
      |
   Switch
      |
PC2
192.168.10.20
VLAN10

Layer2 Switch에서는 같은 VLAN이라서 통신 가능합니다.

하지만

PC1
192.168.10.10
VLAN10

PC2
192.168.20.20
VLAN20

Layer2 Switch에서는 서로 통신이 안 됩니다.

Layer3 Switch에서는 가능합니다.

2. Layer3 Switch가 필요한 이유

기업에서는 VLAN을 많이 사용합니다.

예)

VLAN10 = 개발팀
VLAN20 = 회계팀
VLAN30 = 서버
VLAN40 = CCTV

VLAN끼리는 기본적으로 통신이 안 됩니다.

이때

Inter-VLAN Routing

을 수행하는 장비가 필요합니다.

예전에는

PC
 |
L2 Switch
 |
Router

구조였습니다.

이를

PC
 |
Layer3 Switch

하나로 해결합니다.

3. Cisco Layer3 Switch 구조

                CPU

         Routing Table

               |
      -------------------
      ASIC Switching Chip
      -------------------

   Fa/Gi Interfaces

CPU가 매번 Routing하는 것이 아니라

ASIC 칩이 Routing을 수행하기 때문에

속도가 매우 빠릅니다.

이를

Hardware Routing

또는

Wire-Speed Routing

이라고 합니다.

4. 주요 기능

① Inter-VLAN Routing

가장 많이 사용하는 기능입니다.

VLAN10
192.168.10.0/24

        |

Layer3 Switch

        |

VLAN20
192.168.20.0/24

Layer3 Switch가

192.168.10.x

↓

192.168.20.x

패킷을 라우팅합니다.

② Static Routing

예를 들어

Network A

↓

L3 Switch

↓

Network B

ip route

명령으로 경로를 설정합니다.

예

ip route 0.0.0.0 0.0.0.0 192.168.1.1

③ Dynamic Routing

Cisco L3 Switch는 라우터처럼

OSPF
EIGRP
RIP
IS-IS
BGP(일부 모델)

등을 지원하는 모델이 있습니다. 지원 범위는 모델과 라이선스에 따라 다릅니다.

④ ACL

라우터처럼

Access Control List를 적용할 수 있습니다.

예)

VLAN10 → VLAN20 허용

VLAN20 → VLAN10 차단

⑤ DHCP Relay

PC

↓

Layer3 Switch

↓

DHCP Server

다른 VLAN의 DHCP 서버를 사용할 수 있습니다.

ip helper-address

명령을 사용합니다.

⑥ HSRP

Cisco의 이중화 기술입니다.

L3 Switch1

↓

HSRP

↓

L3 Switch2

한 대가 장애 나도 다른 장비가 Gateway 역할을 수행합니다.

⑦ VRRP

HSRP와 비슷하지만 표준 프로토콜입니다.

⑧ EtherChannel

여러 개의 포트를 하나처럼 묶습니다.

Gi1/0/1
Gi1/0/2
Gi1/0/3

↓

Port-channel1

속도 증가와 이중화 효과를 얻습니다.

⑨ QoS

Voice

Video

Data

우선순위를 다르게 설정할 수 있습니다.

⑩ STP

Layer3 Switch도 Layer2 기능을 수행하므로

STP
RSTP
MST

를 지원합니다.

5. SVI (Switch Virtual Interface)

Layer3 Switch에서 가장 중요한 개념입니다.

예)

interface vlan 10
 ip address 192.168.10.1 255.255.255.0

이 인터페이스가

Gateway

역할을 합니다.

PC에서는

Default Gateway

192.168.10.1

로 설정합니다.

6. Routed Port

일반 포트를 라우터 인터페이스처럼 사용할 수도 있습니다.

interface Gig1/0/1

no switchport

ip address 10.1.1.1 255.255.255.252

이제 VLAN이 아니라

순수 Layer3 인터페이스가 됩니다.

7. Cisco Layer3 Switch 기본 설정 예제

VLAN 생성

vlan 10
 name DEV

vlan 20
 name SALES

SVI 생성

interface vlan 10

ip address 192.168.10.1 255.255.255.0

no shutdown

interface vlan 20

ip address 192.168.20.1 255.255.255.0

no shutdown

Routing 활성화

ip routing

이 명령을 넣어야

Layer3 기능이 활성화됩니다.

포트 설정

interface gi1/0/1

switchport mode access

switchport access vlan 10

8. Routing 과정

예)

PC1
192.168.10.10

↓

Gateway
192.168.10.1

↓

L3 Switch

↓

Routing Table

↓

VLAN20

↓

PC2
192.168.20.20

패킷 흐름

PC1

↓

MAC 조회

↓

Gateway 전송

↓

L3 Switch

↓

Routing Table 확인

↓

새 MAC 생성

↓

VLAN20 전송

9. Routing Table 확인

show ip route

예

C 192.168.10.0/24

C 192.168.20.0/24

S 0.0.0.0/0

10. VLAN 확인

show vlan brief

11. Interface 확인

show ip interface brief

12. Cisco Layer3 Switch 대표 모델

대표적인 Cisco Layer3 스위치 제품군은 다음과 같습니다.

Catalyst 3560
Catalyst 3650
Catalyst 3750
Catalyst 3850
Catalyst 9200
Catalyst 9300
Catalyst 9500

일부 Catalyst 2960 시리즈는 제한적인 정적 라우팅만 지원하며, 완전한 Layer 3 기능은 제공하지 않는 모델도 있으므로 모델별 기능과 라이선스를 확인해야 합니다.

13. Layer2 Switch vs Router vs Layer3 Switch

기능	L2 Switch	L3 Switch	Router
MAC Switching	O	O	O
VLAN	O	O	제한적
Inter-VLAN Routing	X	O	O
WAN 연결	X	제한적	O
NAT	X	일부 모델/기능 제한	O
VPN	X	일부 모델	O
처리 속도	매우 빠름	매우 빠름	상대적으로 낮을 수 있음(소프트웨어 처리 시)

핵심 정리

Layer 2 스위치: 같은 VLAN 내에서 MAC 주소를 기반으로 통신을 처리합니다.
Layer 3 스위치: Layer 2 기능에 더해 IP 라우팅을 수행하며, Inter-VLAN Routing이 핵심 역할입니다.
Cisco Layer 3 스위치는 ASIC 기반 하드웨어 포워딩으로 라우팅을 수행해 매우 높은 성능을 제공합니다.
실무에서는 SVI, ip routing, 정적/동적 라우팅, ACL, HSRP, QoS 등을 함께 구성하여 캠퍼스 네트워크의 배포(Distribution) 계층에서 많이 사용합니다.

Cisco Networking 기본지식(16) – Layer3 Switch(스위치)