스위치, 허브, 브리지, 라우터 각 장비의 특징

 

허브(HUB)

 

허브는 LAN 구축 시 필요한 집선 장치로 네트워크에서 여러 대의 컴퓨터, 네트워크장비를 연결하는 장치이다. 한 대의 허브를 중심으로 여러대의 컴퓨터와 네트워크 장비가 연결되어 있으면 이를 통해 더 높은 계층의 네트워크(WAN, MAN 등)과도 연결할 수 있다. 허브와 컴퓨터 장비 간의 연결에는 보통 UTP케이블과 RJ45커넥터가 사용된다.

 

허브는 공유허브와 스위치허브로 나눌 수 있는데, 엄밀하게 말하면 공유허브만 허브라 할 수 있다. 허브는 멀티포트를 가지고 있는 리피터(Multi-port Repeater)인데, 리피터가 입력과 출력 포트만 가지고 있는 반면에 허브는 다수의 입출력 포트를 가지고 있다.

 

따라서 허브로 연결된 네트워크에서 한 컴퓨터에서 주고 받는 데이터가 같은 허브에 연결된 다른 모든 컴퓨터에 전달(Broadcast)된다. 이 데이터는 맨체스터 코드를 사용하여 인코딩된다. 따라서 연결된 컴퓨터의 개수가 많아질수록 네트워크에서 충돌이 많아지고 속도가 느려진다. 이 문제를 해결하기 위해 최근에는 데이터가 필요한 컴퓨터에만 전송하는 스위치를 많이 사용한다.

 

또한, 허브는 리피터에 비해 저렴한 가격으로 살 수 있으며 더 많은 스테이션들을 동시에 연결할 수 있는 장점이 있다. 허브의 종류는 더미허브, 스택커블 허브, 인텔리전트(지능형, Intelligent HUB) 등이 있다.

 

 

 

스위치(switch)

 

스위치는 허브의 발전형으로 허브는 적은 수의 사용자들 사이에 파일, 프린터, 모뎀 등의 네트워크 자원을 공유하기 위해 설계되었다. 하지만 허브의 특성(모든 포트에 똑같은 패킷을 전송)상 다수의 사용자가 사용하면 데이터가 충돌할 확율이 기하급수적으로 커지는 문제가 있다. 

 

스위치란 교환 기술을 뜻하며 시위치 기술이 내재된 장비를 일컬어 스위치라고 한다. 스위치는 수신 프레임의 목적지 주소를 검사하여 자신의 주소 매핑 테이블을 참조하여 출력 포트를 결정하고, 출력 포트가 전송 가능하면 이 프레임을 전송한다. 즉, 목적지 주소를 보고 프레임을 전송한다.

 

따라서 스위치는 허브와 목적이 거의 동일하지만, 훨씬 향상된 네트워크 속도를 제공한다. 이는 각 컴퓨터에서 주고 받는 데이터가 허브처럼 다른 모든 커퓨터에 전송되는 것이 아니라, 데이터를 필요로 하는 컴퓨터에만 전송되기 때문에 가능하다. 따라서 허브처럼 병목 현상이 쉽게 생기지 않는다. 또한 대부분의 이더넷 스위치는 전이중 통신방식(full duplex)을 지원하기 때문에 송신과 수신이 동시에 일어나는 경우 훨씬 향상된 속도를 제공한다.

 

스위치는 이 기능을 수행하기 위해 각 컴퓨터의 고유한 MAC 주소를 기억하여, 특정 포트에서 특정 포트로 데이터를 전송할 때 해당 포트로만 데이터를 전송한다. 따라서 스위치 전체 용량을 나눠 쓰는 것이 아니라 해당 포트에서만 점유가 되기 때문에 다른 포트들은 자유롭게 통신이 가능하다.

 

하지만 스위치를 이용하는 경우도 대량의 동보발송이나 스위치의 처리 용량을 초과하는 데이터 흐름에 대해서는 취약할 수 밖에 없으므로 커다란 네트워크의 경우는 VLAN 스위치나 라우터 등을 이용해 네트워크 자체를 분리해야 한다.

 

 

  

브릿지(Bridge)

 

브릿지는 동일한 통신 프로토콜을 사용하는 두 네트워크 세그먼트 사이에서 패킷을 연결하고 전달하는 장치로, 브리지들은 OSI 참조 모델의 2계층인 데이터 링크 계층에서 작동한다. 브릿지는 허브보다는 좀 똑똑한 편인데, 수신되는 프레임의 MAC 주소를 기준으로 프레임을 필터링하거나 전달하는 기능을 담당한다. 특히 동종의 네트워크를 연결하는데 사용되는 리피터와 비슷하지만, 기능상 차이점으로 2계층인 데이터 링크 계층에서 제공하는 기능인 필터링이나 포워딩 기능에 의해 네트워크를 분리하여 개별적인 네트워크에 대한 트래픽을 감소시키는 효과를 가지고 있다.

 

 

  

라우터(router)

 

라우터는 네트워크 계층에서 인터 네트워킹 기능을 제공한다. 그리고 호스트가 local LAN이나 remote LAN에 엑세스(access)할 수 있도록 하며, WAN 인터페이스를 통해 WAN에 접속하는 기능도 제공한다. 그리고 라우팅 프로토콜을 사용하여 경로(routing) 기능도 제공하는 망 연동 장비이다. 라우터는 IP 패킷의 헤더에 들어 있는 목적지 주소(Desitination addresss)를 확인한 후 라우팅을 수행한다. 또한, 브릿지는 단순히 데이터를 통과시킬 것인지 그 여부만 판단하지만, 라우터는 데이터에 포함되어 있는 프로토콜을 해석하고 최적의 경로를 선택하여 데이터를 송출한다.

 

라우터는 IP주소를 할당받아서 내부와 외부를 충돌없이 연결해 주는 역할을 하는 것이고, 허브는 단순히 컴퓨터들을 로컬로 연결하는 것이다. 따라서, 라우터에 연결된 컴퓨터가 1대 이상이라면 당연히 허브는 필요하다. 또한, 스위치와 라우터의 차이점은 간단하게 브로드 캐스트를 나눌 수 있으냐 나누지 못하느냐로 구분한다. 스위치는 콜리전 도메인을 나눌 수 있지만, 브로드 캐스트 도메인은 나누지 못하는 반면에 라우터는 콜리전 도메인을 나눌 수도 있고, 브로드 캐스트 도메인을 누눌 수도 있다.

 

  

 

■ 콜리즌 도메인과 브로드 캐스팅 도메인

 

  1. 콜리즌 도메인

 

  CSMA/CD 방식을 사용하는 이더넷에서 콜리즌은 어쩔 수 없이 일어나는 것이다. 특정 노드에서 콜리즌이 발생하면 같은 도메인 영역에 있는 모든 노드에 전달이 되고 각 노드는 백오프(back-off) 알고리즘에서 구현된 시간만큼 기다린 후 재전송을 하게 된다. 따라서 콜리전 도메인(Collision domain)에 노드가 많으면 많을 수록 각 노드가 받는 콜리즌의 양이 커지고 전송을 위해 기다리는 시간이 많아지게 된다.

 

  2. 브로드캐스팅 도메인

 

  브로드 캐스트 프레임이 전달되는 영역을 말하는데 브릿지는 브로드 캐스팅이나 멀티 캐스팅 주소를 노트에 적어 놓지 않기 때문에 브로드 캐스팅 프레임은 항상 모르는 주소로 취급하고 모든 포트로 전달하게 된다.

 

 

※ NAT (Network Address Translator)

NAT는 IP 하나를 여러 PC나 장비에서 공유하여 동시에 인터넷을 사용하는 방법이다. NAT는 IETF의 RFC 공인 규정에 따른 IP 공유방식으로 동작하며 인터넷에 연결된 컴퓨터의 공인된 하나의 IP 주소를 사용하여, 네트워크로 묶여진 다수의 컴퓨터에 가상의 IP주소를 각각 자동으로 붕하고 내부의 가장 IP를 가진 컴퓨터들이 외부의 인터넷에 접속할 경우 IP Packet의 발신자 주소 공간에 공인된 IP 주소를 입력하여 인터넷에 접속하게 하는 세계적으로 공인된 통신기술이다.