[CCNA/네트워크] 5. 주소의 종류와 계층 별 네트워크 전송 장비(2)

지난 포스팅에서는 OSI 참조 모델의 2, 3, 4계층에서 사용하는 주소 정보의 종류와

각 주소 정보의 구성에 대해 간략히 살펴보았다.

이번 포스팅에서는 실제로 데이터의 전송을 가능하게 해주는 네트워크

장비의 종류를 계층 별로 살펴볼 것이며, 이 포스팅까지 읽게 되면

어느 정도 데이터의 전송이 이루어지는 과정에 대해서 이해할 수 있을 것이다.

간략하게 계층 별로 어떤 장비가 있는지 살펴보자.

Layer 1 (Physical Layer) - 리피터(Repeater), 허브(Hub)

Layer 2 (Data Link Layer) - 브릿지(Bridge), 스위치(Switch)

Layer 3 (Network Layer) - 라우터(Router), Layer 3 스위치(Multi-Layer Switch)

지난 포스팅에서 2계층과 3계층에서 이용되는 주소는 Mac Address와, IP Address였다.

따라서 2계층의 네트워크 전송 장비는 데이터 내부의 Mac Address,

3계층의 네트워크 전송 장비는 데이터 내부의 IP Address 값을 참조하여 데이터를

어디로 전송시킬지를 결정한다.

그럼 주소 체계가 없는 1계층의 전송 장비는 어떻게 전송을 하냐 하면,

1계층의 전송 장비는 자신이 수신 받은 방향을 제외한

나머지 방향으로 연결된 곳에 모두 데이터를 뿌린다. 이를 Flooding이라 하고,

연결된 모든 호스트들의 집합을 Collision Domain이라 한다.

각 네트워크 전송 장비를 하나씩 조금 더 자세하게 살펴보기 전에,

Collision Domain이 무엇인지 정리를 먼저 하도록 하겠다.

* Collision Domain

1계층에서는 단순히 물리적인 데이터의 전송만 이루어지기 때문에,

실제로 논리적인 개념들이 필요한 계층은 2계층부터이다.

2계층에서 데이터를 송/수신하기 위해 정의한 규약(프로토콜)의 종류에는

LAN : Ethernet, Token Ring, FDDI

WAN : PPP, HDLC, Frame-Relay

와 같은 것들이 있었다. 여기서는 LAN 환경을 살펴보자

(WAN 환경에 대해서 알려면, 3계층 네트워크 전송 장비와 라우팅에 대해서 알아야 하고,

Collision Domain의 용어는 주로 2계층에서 쓰이는 용어이다.)

LAN 환경에서 이용하는 프로토콜의 종류에는 이더넷, 토큰링 방식 등이 있는데

보통 이더넷 방식 / 이더넷 환경이라 하면 Ethernet을 프로토콜로 이용하는

LAN 네트워크 환경을 지칭한다.

우리가 보편적으로 사용하는 것이 Ethernet LAN 환경이며, 토큰링 방식은 장점도

있지만 이더넷에 밀려 요즘은 거의 사용하지 않는 프로토콜이 되었다.

이 Ethernet 환경의 중요한 특징중의 하나가 CSMA/CD인데,

CSMA/CD는 Carrier Sense Multi Access / Collision Detection 의 약자이다.

한 이더넷 환경에 여러 PC(호스트)가 연결되어 있는 상황을 가정하고, 각 PC를

A, B, C, D, E라고 해보자.

A가 다른 PC와 통신하고자 할 때, 먼저 자신이 연결되어 있는 이더넷 환경에서

통신 중인 다른 PC가 존재하는지를 감지한다 (Carrier Sense)

통신 중인 다른 PC B가 있다면, 통신이 끝날 때까지 A는 기다리다가 B의 통신이

끝나고 나면 자신의 통신을 시작한다.

만약 B의 통신이 끝나기를 기다리는 PC가 A뿐만 아니라 C도 존재했다고 해보자.

B의 통신이 끝나는 순간 A와 C가 동시에 통신을 하고자 하는 상황(Multi Access)이

발생할 수 있는데, 이를 섣불리 데이터를 전송하기 전에 감지하는 것이

Collision Detection이다.

만약 Collision(충돌)이 발생하게 되면, 각 PC는 랜덤한 시간을 기다렸다가 다시

같은 메커니즘으로 CSMA/CD에 의해 통신하게 된다.

그리고 이 CSMA/CD가 적용되는 영역을 Collision Domain(충돌 가능 영역) 이라고 한다.

이제 네트워크 장비에 대해서 알아보자.


1계층 네트워크 전송 장비

• 리피터

우리가 데이터를 전송할 때, 데이터는 전기적인 신호로 변환 뒤 출력하게 되고,

데이터가 먼 거리에 거쳐서 전송하게 될 때에는 약해지는 전기 신호를 중간에

증폭시키는 역할을 해줄 장비가 필요한데, 이 장비가 바로 리피터이다.

리피터는 데이터를 참조 및 분석하지 않고 단순히 신호만 증폭하는 기능만 수행한다.

리피터를 통해 호스트들간의 연결 거리와 네트워크의 확장성이 늘어난다

위의 그림에서 Repeater의 한 연결단에 선이 하나라고 포트가 하나라고 생각하면 안된다.

위의 그림은 논리적인 구성도일 뿐, 실제로는 Host 4, 5, 6이 리피터의 포트 3개에 연결되어

있는 것이다.

• 허브

허브는 리피터처럼 전기적인 신호를 증폭해주는 기능을 한다. 리피터와의 차이점은

리피터보다 PC와 직접연결을 하기 위한 포트의 수가 하나의 장비에 존재해 확장성이

상대적으로 더 높다.

허브 혹은 리피터가 없다면 PC끼리의 직접 연결을 해야 하므로 매우 불편할 것이다.

서로 다른 두 호스트를 연결한다고 할 때, PC - 허브 - PC 이런식으로 연결하는 것보다

PC - 허브 - 허브 - PC 이런식으로 연결하게 되면 연결거리는 당연히 늘어날 것이다.

또한 허브에는 다수의 포트가 있으므로 중간의 허브에 다른 PC들이 연결되면서

좀더 동적인 네트워크의 구성을 가능하게 할 수 있다.

허브는 수신한 프레임(2계층까지의 캡슐화를 거쳐 전달된 데이터를

프레임이라고 부른다고 이전 포스팅에서 언급한 바 있다.)

을 연결된 모든 포트로 전송한다. ( Collision Domain으로 Flooding )

2계층 네트워크 전송 장비

• 브릿지

브릿지는 2계층 네트워크 장비로, 전달받은 프레임의 전기 신호를 다시

프레임으로 생성하여 처리한다. 생성된 프레임의 Mac Address를 확인한 뒤,

해당 Mac Address를 지닌 포트로만 프레임을 전송한다.

Mac Address에 따라 데이터를 전송할 방향이 정해져야 하기 때문에,

브릿지는 자신의 Mac-Address Table을 갖는다(주소 정보와 그에 맞는 포트 정보)

또 브릿지나 스위치는 Collision Domain을 나누어준다라고 표현하는데,

위의 그림처럼, 한 브릿지에 여러 PC가 연결되어 있어도, 브릿지가

Collision Domain을 나누어줄 수 있다. 이렇게 되면

Computer 1혹은 2가 통신하고 있을 때에, 동시에 Computer 3혹은 4도 통신이

가능하게 된다. 이렇게 이더넷 환경의 원래 특징인 CSMA/CD를

Collision Domain을 나누어줌으로서 더 나은 환경을 만들어 줄 수 있는 것이 브릿지이다.

하지만 여전히 각각의 Collision Domain안에 2개의 호스트가 존재하기에,

A가 브릿지를 통해 밖의 다른 호스트와 통신하고 있을 때는

Computer 2는 동시에 통신할 수 없다.

• 스위치

스위치는 대표적인 Layer 2 계층 장비로, 브릿지와 같이 Mac Address에 따른

포트 별 프레임 전송을 수행한다.

스위치는 브릿지처럼 Collision Domain을 나누어주는데,

포트 별로(호스트에 직접 연결되어 있다면) 나누어 주는 데다가 포트 수도

브릿지에 비해 많고, 포트 수의 확장하는 수단도 자유롭기 때문에 훨씬 많이 사용되는

2 계층 장비이다.

쓰다 보니 스위치에 대한 내용이 가장 적어졌는데.. 스위치가 훨씬 많이 쓰이는

Layer 2 네트워크 전송 장비이다. 단지 설명하는데 필요한 개념을 위쪽에 적었을 뿐