Hub 허브
네트워크 장비들을 서로 연결해주는 장비로, OSI 7 Layer 중 Physical Layer에서 사용되는 장비이다.
허브는 연결된 모든 컴퓨터나 이더넷 기반 장치에 데이터를 브로드캐스트하며, Half-duplex 방식으로 통신한다. 별도로 분리되지 않은 Collision Domain 충돌 도메인을 공유하므로, 동시에 여러 단말에서 데이터를 전송하면 패킷이 서로 충돌하여 네트워크 성능 저하 문제가 발생할 수 있다. 또한, 연결된 모든 PC들이 허브의 전송 속도를 공유한다. (Shared HUB)
1. Passive HUB
전기적 연결만 하는 형태의 허브이다. (<-> Active HUB: 전기적 신호를 증폭하는 형태의 허브)
2. Dummy HUB
입력된 전기 신호를 증폭하여 포트를 통해 전달하는 단순한 기능의 허브이다. 주소를 가지고 있지 않기 때문에 연결된 모든 장치에 데이터를 전송하게 되며, 데이터 충돌 (Collision) 이 발생하여 네트워크의 성능이 저하되는 치명적 단점을 가지고 있다.
3. Intelligent HUB
허브 내에 중앙처리장치 CPU와 작은 크기의 버퍼를 가지고 있어 네트워크 상의 허브 상태, 데이터, 오류 등을 감독하고 판단하는 네트워크 관리 시스템 (NMS,Network Management System) 역할을 수행할 수 있다. 또한 필요에 의한 경우, 원할한 통신을 위해 충돌이 일어난 포트를 강제적으로 세그맨테이션할 수 있는 허브이다.
4. Switching HUB
MAC 주소를 이용하여 데이터를 전송하고자 하는 목적지로만 스위칭하여 전달하는 허브이다.
5. Stackable HUB
여러 대의 허브를 계층적으로 쌓아 포트 증설이 가능한 허브이다. 데이터 경로 설정이 보다 유리하고 및 충돌, 오류 발생 시에도 효율적으로 데이터를 처리할 수 있다.
6. Modular HUB
각 부분이 모듈로 구성되어 필요한 포트를 선택하여 탈부착할 수 있는 허브이다.
7. Concentrate HUB
빈 슬롯에 허브 블록을 넣을 수 있는 허브로, 1대의 허브에서 다양한 포트를 지원할 수 있다.
Bridge 브릿지
MAC 주소를 기반으로하는 통신 장비로, OSI 7 Layer 중 DataLink Layer에서 사용되는 장비이다. 허브와 달리 Collision Domain이 포트 단위로 분리되어 포트를 통해 특정 목적지로만 패킷을 전달할 수 있다. 충돌 도메인이 분리되어 데이터 충돌이 감소되었지만 일반적으로 2~4개의 포트를 지원하여 처리능력의 한계로 인해 스위치로 대체되었다.
Switch 스위치
기본적으로는 MAC 주소를 기반으로 하는 LAN 구성 장비로, OSI 7 Layer 중 DataLink Layer에서 사용되는 장비이다. MAC Table을 운영하여 포트별 연결된 장비의 MAC 주소를 저장하므로, 연결된 모든 장비로 패킷을 브로드캐스트 하는 허브와 달리 포트를 통해 특정 목적지로만 패킷을 전달할 수 있다. 일반적으로 24~100개의 포트를 지원하여 브릿지의 처리능력 한계를 보완하였으며, 각 포트는 독립적으로 10Mbps, 100Mbps의 속도를 갖는다.
MAC 주소 기반 스위치뿐만 아니라 계층에 따라 다양한 기능을 제공하는 다른 스위치들이 존재한다.
1. Layer 2 Switch
OSI Layer 2계층의 MAC 주소를 처리하는 스위치로, 가장 기본적인 기능을 가진 스위치이다.
2. Layer 3 Switch
IP 주소를 처리하는 스위치로 라우팅 기능도 제공한다.
3. Layer 4 Switch
2 ~ 3 계층에서 제공하는 기능과 더불어 Load Balancing을 제공한다.
IP 주소 및 TCP/UDP Port 정보를 참조하여 스위칭한다.
4. Layer 7 Switch
전 계층의 기능을 모두 제공하는 스위치이다.
IP 주소 및 TCP/UDP Port 정보, 패킷 내용까지 참조하여 스위칭하므로 L4 스위치보다 정교한 Load Balancing을 제공한다.
Switch 스위치, Bridge 브릿지의 동작 원리 (Transparent Bridging)
스위치와 브릿지는 Learning, Flooding, Forwarding, Filtering, Aging의 5단계를 거쳐 동작한다.
Transparent Bridging이란, Ethernet Switch가 프레임을 수신하여 목적지로 전송하는 방식과 절차를 정의한 것으로 RSTP(Rapid STP) 와 더불어 IEEE 802.1Q를 구성하는 Layer 2 Switch의 핵심 구성 요소이다.
1. Learning
전달받은 프레임의 출발지 MAC 주소를 학습하여 MAC 테이블에 저장한다.
Router1이 Router2에게 ARP request 프레임을 전송하면 Switch가 f0/2 인터페이스를 통해서 request 프레임을 수신한 후 자신의 MAC table을 확인하는데, 이때 송신지인 Router1의 MAC 주소가 없다면 새로 학습하여 기록한다.
2. Flooding
프레임이 들어온 포트를 제외한 나머지 모든 포트에 프레임을 전송한다.
MAC 테이블에 저장되어 있지 않은 MAC 주소를 가진 목적지로 전송해야할 경우에 수행한다.
ARP request 프레임을 수신한 Switch는 MAC 테이블의 목적지 MAC 주소가 없음을 확인한 후, 프레임을 수신한 포트를 제외한 모든 포트로 request 프레임을 브로드캐스팅한다. 그 중, 목적지 주소에 해당하는 Router2가 Router1에게 ARP response 프레임을 전송하고 해당 프레임을 수신한 Switch는 Router2의 MAC 주소를 자신의 MAC table에 기록한다.
3. Forwarding
MAC 테이블에 저장되어 있는 특정 목적지와 연결된 포트를 통해 프레임을 전송한다.
Router1과 Router2의 MAC 주소를 모두 Learning 했다면, Unicast 방식으로 목적지 포트를 통해 프레임을 전송한다.
4. Filtering
MAC 테이블에 저장되어 있는 특정 목적지를 향해 프레임을 전송할 때, 해당 MAC 주소와 연결된 포트를 제외한 나머지 모든 포트는 필터링 되어 프레임이 전송되지 않는다.
Router1이 Router2로 프레임을 전송할 때, 목적지를 제외한 나머지 포트는 Filtering 되어 프레임이 전송되지 않는다.
5. Aging
MAC 테이블의 저장 공간 한계를 극복하기 위해 300초(5분) 의 시간동안 MAC 주소를 MAC 테이블에 저장한다.
300초 이내에 해당 주소를 가진 프레임이 도착하지 않으면 MAC 테이블에서 삭제된다.
300초 이내에 해당 주소를 가진 프레임이 도착하면, 타이머가 다시 300초로 설정된다.
-> MAC table은 show mac address-table 명령어로 확인 가능
Switch 스위치, Bridge 브릿지의 전송 방식
프레임 전송 방식으로는 Store-and-Forward, Cut-Through, Fragment-Free 3가지 방식이 있다.
스위치는 위의 3가지 방식을 모두 사용하며, 브릿지는 Store-and-Forward 방식만을 사용한다.
1. Store-and-Forward 방식
들어오는 프레임의 전부를 버퍼에 담아두고, 출발지 주소 및 목적지 주소를 확인하고 프레임이 온전한지 확인하기 위해 CRC 와 같은 에러 처리를 완료한 후에 목적지를 향해 포워딩하는 전송 기법이다.
에러가 검출되면 해당 프레임을 Drop 하고 재전송을 요구하므로, 속도는 느리지만 에러 복구 능력이 뛰어나다.
2. Cut-Through 방식
들어오는 프레임의 헤더 부분 48bits (목적지 주소) 만을 확인하여, 곧바로 해당 포트로 스위칭하는 전송 기법이다.
프레임 전체가 수신되기 전에 전송하므로 속도가 빠르지만 에러 검출은 어려운 단점이 있다.
3. Fragment-Free 방식
Store-and-Forward 와 Cut-Through 방식을 결합한 전송방식으로, 들어오는 프레임의 512bits (64Bytes) 만을 확인하여 전송한다.
Store-and-Forward 보다 속도가 빠르며, 48bits 만을 확인하는 Cut-Through 방식보다 에러 검출 능력이 우수하다.
Router 라우터
IP 주소를 기반으로 동작하며 라우팅 프로토콜을 통해 최적의 경로를 설정하여 패킷을 전송하고, WAN 구성에 사용되는 장비이다.
1. 네트워크 연결
서로 다른 네트워크를 연결시켜주는 장비이다.
2. 패킷 포워딩 (Packet Forwarding)
특정 포트를 통해 수신한 패킷을 다른 포트를 통해 목적지로 전송해주는 장비이다.
3. 경로 설정
라우팅 프로토콜을 통해 수집된 경로를 라우팅 테이블에 저장하고 최적의 패킷 경로를 선정하여 패킷을 전달해준다.
Routing 프로토콜 : 라우팅을 수행하는 프로토콜 ex) OSFP, RIP, EIGRP, BGP etc.
Routed 프로토콜 : 라우팅 프로토콜의 전달 대상이 되는 프로토콜 ex) IP, IPX, AppleTalk
Hub와 Switch의 차이점
Bridge와 Switch의 차이점
Switch와 Router의 차이점
공부하면서 정리한 내용을 글로 작성하였습니다.
혹시나 잘못된 내용이 있다면 댓글로 알려주시면 감사하겠습니다 :)
'Network > Network Theory' 카테고리의 다른 글
| [Network / 네트워크] Interface 운영 모드 (0) | 2022.12.30 |
|---|---|
| [Network / 네트워크] Well-Known Port란? (0) | 2022.12.30 |
| [Network / 네트워크] IPv4, IPv6의 통신 방식 (0) | 2022.12.30 |
| [Network / 네트워크] VLAN이란? (0) | 2022.12.29 |
| [Network / 네트워크] IEEE (Institute of Electrical and Electronic Engineers) 802.X 표준이란? (0) | 2022.12.21 |