Store-and-Forward vs Cut-through

# Store-and-Forward vs Cut-through

## 스위치는 어떻게 프레임을 전달하는가

이더넷 스위치는 수신된 프레임을 어느 포트로 보낼지 결정하고 전달한다. 이때 **어느 시점까지 데이터를 버퍼에 저장했다가 전달하느냐**에 따라 전달 모드가 나뉜다. 저장 범위가 넓을수록 에러 검출이 정확해지고, 좁을수록 전달 지연(Latency)이 줄어든다.

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## 세 가지 전달 모드

### 1. Store-and-Forward

```
[프레임 전체 수신 완료] → [CRC 검사] → [에러 없으면 전달]
```

| 항목 | 내용 |
|------|------|
| 저장 범위 | 프레임 전체 (헤더 ~ FCS까지) |
| 에러 검출 | CRC 검사 완전 수행 |
| 에러 대응 | 손상된 프레임 폐기 |
| Latency | 가장 큼 (프레임 크기에 비례) |
| 주요 용도 | 신뢰성이 중요한 환경 |

지연 계산:
```
Latency ≈ 프레임 크기 / 포트 속도 + 스위치 처리 시간
64B 프레임, 100Mbps: 64 × 8 / 100,000,000 ≈ 5.12μs
1518B 프레임, 100Mbps: ≈ 121.44μs
```

### 2. Cut-through

```
[목적지 MAC 주소(6B) 수신] → [출력 포트 결정] → [즉시 전달 시작]
```

| 항목 | 내용 |
|------|------|
| 저장 범위 | 목적지 MAC 주소(6B)만 |
| 에러 검출 | 불가 (CRC 수신 전에 전달) |
| 에러 대응 | 손상된 프레임이 그대로 전달됨 |
| Latency | 매우 작음 (약 1~2μs) |
| 주요 용도 | 실시간성 우선 환경 |

차량 Ethernet에서 ADAS 센서 데이터 등 지연이 치명적인 경우 Cut-through가 적합하다.

### 3. Fragment Free (Modified Cut-through)

```
[첫 64B 수신] → [출력 포트 결정 + 최소 에러 검출] → [전달]
```

| 항목 | 내용 |
|------|------|
| 저장 범위 | 첫 64바이트 |
| 에러 검출 | 일부 가능 (충돌로 인한 64B 미만 runt 프레임 감지) |
| Latency | Cut-through보다 약간 크나 Store-and-Forward보다 작음 |
| 주요 용도 | 일부 충돌 환경 (레거시 Half-duplex) |

64바이트는 이더넷의 최소 유효 프레임 크기다. 이보다 작은 프레임은 충돌(Collision)로 생긴 파편(Runt Frame)으로 간주한다.

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## 실시간 시스템에서의 선택

IEEE 802.1Qbv (Time-Sensitive Networking, TSN)를 적용하는 차량 이더넷 스위치는 내부적으로 Cut-through와 유사한 저지연 큐잉을 사용하면서, 특정 트래픽 클래스(Control Traffic)에 대해 시간 슬롯을 예약한다.

```
TSN 스위치 내부:
  BE(Best Effort) 트래픽    → Store-and-Forward 큐
  CDT(Credit-based) 트래픽 → 대역폭 제한 큐
  ST(Scheduled) 트래픽     → 시간 게이트로 보호된 큐 (최저 지연)
```

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## 정리

스위치 전달 모드는 네트워크 설계 시 Latency와 신뢰성 중 무엇을 우선할지에 따라 선택한다.

| 우선순위 | 권장 모드 |
|---------|---------|
| 신뢰성, 에러 검출 | Store-and-Forward |
| 낮은 Latency | Cut-through |
| 균형 (레거시 네트워크) | Fragment Free |
| 차량 실시간 제어 | TSN + 스케줄 트래픽 |

임베디드 스위치 칩(예: NXP SJA1110, Renesas RSwitch)을 드라이버 레벨에서 설정할 때 포트별 전달 모드 레지스터를 확인해야 한다.

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