[network] 혼자 공부하는 네트워크 02-3 허브 (240717)

• 물리 계층과 데이터 링크 계층의 네트워크 장비에는 어떤 차이점이 있는지
• 물리 계층의 대표적인 네트워크 장비인 허브

물리 계층과 데이터 링크 계층의 장비

- 네트워크 장비

• 물리 계층의 대표 장비 - 허브 -- 스위치와 대비되는 통신 특성이 중요
• 데이터 링크 계층의 대표 장비 - 스위치

허브(hub)	스위치(switch)
물리 계층의 대표 장비	데이터 링크 계층의 대표 장비
오늘날 거의 사용되지 않음	오늘날 주로 사용되는 네트워크 장비
반이중 통신	전이중 통신
충돌 문제를 완화하기 위해 CSMA/CD 프로토콜 사용	스위치를 통해 구축할 수 있는 VLAN 기능

https://www.youtube.com/watch?v=N-oUxyUMnAk&list=PLVsNizTWUw7HfOCgvlfHIDPPo3TE-2iQM&index=17&t=2s

물리 계층에는 주소 개념이 없다

• 단지 호스트와 통신 매체 간의 연결과 통신 매체 상의 송수신이 이루어질 뿐
• 물리 계층 장비는 송수신되는 정보에 대한 어떠한 조작(송수신 내용 변경)이나 판단을 하지 않음

데이터 링크 계층에는 주소 개념이 있다

• MAC 주소
• 데이터 링크 계층 이상 장비들은 송수신지 특정 가능, 송수신 정보에 대한 조작 가능

 

물리 계층의 대표적인 장비, 허브(hub)

• 여러 대의 호스트를 연결하는 장치
• 리피터 허브(repeater hub) 혹은 이더넷 허브(Ethernet hub) 등 다양한 명칭으로 불림
• 포트(port): 커넥터를 연결할 수 있는 연결 지점

https://ko.opticalpatchcable.com/news/a-closer-look-at-hub-switch-and-router-24296025.html

허브의 특징 1. 받은 정보는 모든 포트로 내보냄

• 정보에 대한 어떠한 조작도 판단도 하지 않음(∵ 주소 개념이 없는 물리 계층 장비니까)
• 전달받은 신호를 다른 모든 포트로 그대로 다시 내보냄
  - 데이터 링크 계층에서 패킷의 MAC 주소를 확인하고 자신과 관련 없는 주소는 폐기
• 불필요한 트래픽이 너무 많아짐

https://azizozbek.ch/blog/2018/01/csma-cd-simple-explanation-animated/

허브의 특징 2. 반이중 통신

• 반이중(half duplex) 모드: 마치 1차선 도로처럼 송수신을 번갈아 가면서 하는 통신 방식
  ex. 무전기
• 전이중(full duplex) 모드: 송수신을 동시에 양방향으로 할 수 있는 통신 방식 ex. 전화기

반이중 통신

- 한 번에 하나씩 송신 가능

- 메시지를 동시에 전송할 경우 충돌 문제 발생 → 허브가 정보를 올바르게 처리할 수 없음

 

cf. 또 다른 물리 계층 장비, 리피터(repeater)

• 허브 이외에 물리 계층의 대표적인 장비
• 전기 신호가 감소하거나 왜곡되는 것을 방지하기 위해 전기 신호를 증폭시켜 주는 장비
• 리피터는 물리 계층의 장비이므로 신호에 대한 어떠한 판단이나 조작을 하지 않음
  - 그저 신호를 증폭시키기만 함
• 허브는 리피터의 기능을 포함하는 경우가 많음

허브의 특징이 야기하는 문제, 충돌(collision)

• 동시에 허브에 신호를 송신하면 충돌(collision; 콜리전)이 발생
  - 어떤 포트에 어떤 메시지를 전달해야 할지 모르니까
• 허브에 호스트가 많이 연결되어 있을수록 충돌 발생 가능성이 높음

https://www.youtube.com/watch?v=N-oUxyUMnAk&list=PLVsNizTWUw7HfOCgvlfHIDPPo3TE-2iQM&index=17&t=2s

 

콜리전 도메인(collision domain)- 충돌이 발생할 수 있는 영역

 

- 허브에 연결된 모든 호스트는 같은 콜리전 도메인에 속함

- 당연히 충돌은 피해야 한다 → 콜리전 도메인은 작아야 한다

- 스위치는 콜리전 도메인을 줄이는 네트워크 장비

- 스위치는 콜리전 도메인이 하나의 포트(host)로 제한되어 있음 → 여러 호스트가 동시에 스위치를 향해 메시지를 보내도 충돌 위험 적음

https://www.youtube.com/watch?v=N-oUxyUMnAk&list=PLVsNizTWUw7HfOCgvlfHIDPPo3TE-2iQM&index=17&t=2s

CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection)

• 반이중 이더넷 네트워크에서 충돌을 방지하는 대표적인 프로토콜
• (반이중) 이더넷을 대표하는 송수신 방법

1) 캐리어 감지

- 통신 매체의 현재 사용 가능 여부 검사: 메시지를 보내기 전 현재 전송 중인 것이 있는지를 먼저 확인

 

2) 다중 접근

- 복수의 호스트가 부득이 동시에 네트워크에 접근할 때: 충돌 발생

 

3) 충돌 검출

- 전송 중단, 충돌 발생을 알리는 잼 신호(jam signal) 보냄

- 임의의 시간 동안 기다린 뒤에 재전송

https://azizozbek.ch/blog/2018/01/csma-cd-simple-explanation-animated/