[공유] 허브와 스위치_인스피언

 

안녕하세요. 인스피언입니다.

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월요일은 신입 직원이 정리해주는 IT 용어 정리 시간입니다.

오늘은 허브와 스위치에 대해 자세히 알아보도록 하겠습니다.

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궁금하셨던 내용이셨다면 꼼꼼하게 체크해보세요!

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블로그 원문은 아래서 확인 가능합니다 ↓

허브와 스위치

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허브와 스위치는 네트워크 장비들의 종류입니다.

라우터도 있으나 허브와 스위치만 먼저 비교해 보겠습니다.

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1. 허브

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만약에 A라는 사람과 B라는 사람이 데이터를 주고 받고 싶다면 어떻게 해야 할까요?

🖥️——크로스 케이블———🖥️

다음과 같이 두대의 PC를 크로스케이블로 연결하면 데이터를 주고 받을 수 있습니다.

그런데 만약에 한명이 더 늘어서 A,B,C 세사람이 데이터를 주고 받고 싶습니다. 이는 어떻게 연결하면 될까요?

세명이 삼각형으로 만들어서 연결하면 될까요? (세명이 연결이 가능한지는 모르겠습니다만ㅎㅎ,,,)

세명 이상이 연결하려면 허브를 이용하면 됩니다.

 

 

다음과 같이 허브를 이용하여 여러 대의 PC를 연결하여 LAN을 구축 할 수 있습니다.

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• 허브는 한 장치에서 전송된 데이터를 허브에 연결된 모든 장비에 브로드캐스팅(플러딩)하는, 단순히 중계기와 같은 역할을 합니다. 전송된 데이터를 요청하는 곳에만 보내면 아주 효율적일텐데 왜 모든 장치로 브로드 캐스팅할까요?
• 허브는 1계층 장비로 물리적인 연결로는 성형 구조이지만 논리적으로는 버스형 구조입니다. '물리'라는 단어에서 짐작할 수 있듯이, 통신 장비를 연결하는 케이블, 연결 장치와 같은 기계적이고 전기적인 항목을 담당합니다. 물리 계층에서는 데이터를 bit(0과 1)로 전송합니다.
• 이와 같은 특징 때문에 허브는 프레임이 담고있는 정보에는 신경 쓰지 않습니다. 단순히 전달만 하게 됩니다.

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허브의 내부 구조

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• 허브를 고속도로에 비교할 경우 허브는 왕복 1차선 도로라고 생각하면 됩니다. 동시에 같은 길에 자동차가 진입하면 사고가 납니다. 당연히 허브에서도 동시에 신호가 오가면 충돌이 생기게 됩니다. 따라서 한쪽 신호가 지나간 후에 다른 포트에서 신호를 보내게 되어 있습니다. 만약 10M의 대역폭을 가진 허브에 컴퓨터가 5대 연결되어 있다면 각 포트에 할당되는 대역폭은 10/5, 즉 2M입니다.

 

 

✔️ 패킷? 프레임 ? 왜 다다르게 말할까요?​

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PDU(Protocol Data Unit) : 계층별로 헤더와 데이터를 합친 부분을 일컫는 단어입니다.

각 계층마다 이 PDU를 부르는 이름이 다르며 다음과 같습니다.

• 1계층: 비트(Bits)
• 3계층: 패킷(Packet)
• 2계층: 프레임(Frame)
• 4계층: 세그먼트(Segment)
• 그밖에 애플리케이션에 속하는 3개 계층(5,6,7)은 데이터(Data)라 부릅니다.​

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2. 스위치

• 스위치는 2계층의 장비입니다.
• 스위치는 동시에 여러 장비가 서로 간섭 없이 통신하도록 도와줍니다. 여러 단말이 한번에 통신할 수 있어 통신하기 위해 기다리거나 충돌 때문에 대기하는 문제가 해결되고 네트워크 전체 효율이 높아집니다.
• 스위치는 전송하려는 패킷의 헤더 안에 있는 2계층 목적지 주소를 확인 후 MAC 주소 테이블에서 해당 주소가 어느 포트에 있는지 확인 후 그 포트로만 패킷을 전송한다. 테이블에 없는 도착지 주소를 가진 패킷이 들어오면 스위치는 전체 포트로 패킷을 전송한다.
• 핵심은 스위치가 누가 어디에 있는지 파악하고 실제 통신이 시작되면 자신이 알고있는 위치로 패킷을 정확히 보내는 것입니다.

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2.1 플러딩(Flooding)

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• 스위치를 부팅하면 그 시점에는 네트워크 관련 정보는 아무것도 없습니다.
• 이 시점의 스위치의 네트워크 통신은 자신의 역할을 할 수 없고 허브처럼 동작하는데, 이는 패킷이 들어온 포트를 제외한 모든 포트에 패킷을 전달하는 것을 이야기합니다.
• 이처럼 스위치가 허브와 같이 모든 포트로 패킷을 흘리는 동작 방식을 플러딩(Flooding)이라합니다.

 

• 부팅 후의 스위치, MAC 주소 관련 정보를 가지고 있지 않습니다.
• 이렇게 모든 포트로 패킷을 흘리는것은 스위치가 LAN환경에서 동작하기에 현재는 정보가 없지만 어딘가에 장비가 있을 수 있다고 가정하고 동작하는 것입니다.​

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1. MAC 주소 테이블이 비어있는 경우 모든 포트로 패킷을 보냅니다.(Flooding)

하지만, 계속 이렇게 플러딩을 한다면 이는 스위치의 역할을 제대로 수행한다고 볼 수 없습니다.

2. 스위치가 제 역할을 수행하기 위해서는 MAC 주소 테이블을 만들 필요가 있습니다.

3. 스위치는 패킷이 들어올 경우 해당 패킷 정보의 MAC 주소를 보고 이를 토대로 MAC 주소 테이블을 만듭니다.

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2.2 어드레스 러닝(Address Learning)

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• MAC 주소 테이블을 만들고 유지하는 과정을 어드레스 러닝이라 합니다.
• 스위치가 제 역할을 하기 위해서는 패킷의 도착지 MAC주소를 확인 후 정확한 도착지 포트로 포워딩해줄 수 있어야 합니다. 그말인즉슨 스위치는 MAC 주소에 매칭되는 포트를 알고 있어야 한다는 말입니다. 이러한 정보는 스위치가 직접 테이블을 만들고 유지해야 하는데, 이러한 과정들을 어드레스 러닝이라고 합니다.

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그럼 어떻게 학습을 하며 MAC 주소 테이블을 만드는 것일까요?

• 어드레스 러닝은 패킷의 출발지 MAC 주소 정보를 이용하는데, 패킷이 특정 포트에 들어오면 스위치는 해당 패킷의 출발지 MAC 주소와 포트 번호를 MAC 주소 테이블에 기록합니다.
• 예를 들어, 1번 포트에서 들어온 패킷의 출발지 MAC주소가 AA일 경우 우리는 자연스럽게 Eth 1 포트에 AA주소를 가진 장비가 있다고 추론할 수 있습니다. 이런 방법으로 주소 정보를 학습해 테이블을 작성합니다.
• 단, 어드레스 러닝은 출발지의 MAC 주소 정보를 사용하기에 브로드캐스트나 멀티캐스트에 대한 MAC 주소를 학습할 수는 없습니다. 두 가지 모두 목적지 MAC주소 필드에서만 사용하기 때문입니다.​

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2.3 포워딩/필터링(Forwarding/Filtering)

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• 포워딩(Forwarding): 패킷이 스위치에 들어왔을 때 도착지 MAC 주소를 확인 후 MAC 테이블과 비교해 맞는 정보가 있으면 해당 포트로 패킷을 넘겨주는 것
• 필터링(Filtering): 포워딩 도중 다른 포트로는 해당 패킷을 보내지 않는 것

스위치에서는 포워딩과 필터랑 작업이 여러 포트에서 동시에 수행될 수 있습니다.

이렇게 동시에 수행될 수 있는 이유는 통신이 다른 포트에 영향을 주지 않기 때문입니다.

 

 

• 스위치는 보통 유니캐스트에 대해서만 포워딩/필터링 작업을 수행한다.

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✔️ 리피터(Repeater) - 1계층 장비

• 긴 케이블일수록 신호가 약해지기 때문에 신호를 멀기 보내기 위한 증폭 장치이다. 지금은 다른 네트워크 장비에 기본적으로 리피터 기능이 탑재되어있어 사용하지 않는다.

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참조

https://yys630.tistory.com/27

http://egloos.zum.com/oxteen/v/5458427

https://catsbi.oopy.io/315731e3-1730-4690-ad8f-663e0af7621b : 스위치

https://greencloud33.tistory.com/33

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[출처] 허브와 스위치|작성자 dushui

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