물리 계층과 데이터 링크 계층의 네트워크 장비: 허브와 스위치 개념 이해
1. 물리 계층 vs 데이터 링크 계층 장비
1.1. 물리 계층 장비
- 특징:
- 주소 개념 없음: 데이터를 송수신할 때 송신자/수신자를 구분할 수 없음.
- 단순 중계: 데이터 신호를 그저 중계만 하며, 판단하거나 조작하지 않음.
- 대표 장비: 허브(Hub), 리피터(Repeater).
1.2. 데이터 링크 계층 장비
- 특징:
- 주소 개념 존재: MAC 주소를 기반으로 송수신자를 구분 가능.
- 데이터 조작 가능: 송수신 데이터를 확인하고, 필요 시 처리.
- 대표 장비: 스위치(Switch).
2. 물리 계층의 대표 장비: 허브 (Hub)
2.1. 허브의 역할
- 여러 호스트를 연결하여 네트워크를 구성.
- 데이터를 받으면 모든 포트에 전송.
2.2. 허브의 주요 특징
- 주소 개념 없음:
- 데이터를 받은 후 송수신자를 구분하지 않고 모든 포트로 전송.
- 불필요한 트래픽 발생 가능.
- 반이중(Half-Duplex) 통신:
- 한 번에 한 방향으로만 통신 가능.
- 한 호스트가 데이터를 전송 중일 때, 다른 호스트는 대기해야 함.
- 충돌(Collision):
- 허브에 연결된 호스트가 동시에 데이터를 전송하면 충돌 발생.
- 충돌이 발생하면 데이터가 손실될 수 있음.
3. 허브의 문제점과 해결 방안
3.1. 허브의 문제점
- 불필요한 트래픽 증가:
- 모든 포트로 데이터를 전송하므로, 네트워크 효율이 낮아짐.
- 충돌 문제(Collision):
- 허브에 연결된 모든 호스트가 동일한 콜리전 도메인(충돌 가능 영역)에 속함.
- 충돌 빈도가 높아져 네트워크 성능 저하.
3.2. 해결 방안
- 스위치(Switch) 사용:
- 콜리전 도메인을 호스트별로 분리하여 충돌 방지.
- 전이중(Full-Duplex) 통신 지원으로 효율성 증가.
- CSMA/CD 프로토콜:
- 허브 사용 시 충돌 완화를 위한 프로토콜.
- 데이터 전송 전, 네트워크 상태 확인(캐리어 센스).
- 충돌 발생 시 전송 중단 및 재전송(콜리전 디텍션).
4. CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection)
4.1. 동작 원리
- 캐리어 센스(Carrier Sense):
- 데이터 전송 전, 네트워크가 사용 중인지 확인.
- 다중 접근(Multiple Access):
- 여러 호스트가 동시에 네트워크에 접근 가능.
- 충돌 검출(Collision Detection):
- 충돌 발생 시, 잼 시그널(Jam Signal)을 보내 충돌을 알림.
- 랜덤한 대기 시간 후, 데이터 재전송.
4.2. 특징
- 반이중 통신에서 사용.
- 충돌 완화 효과는 있지만, 네트워크 규모가 커질수록 한계 존재.
5. 허브의 대안: 스위치
5.1. 스위치와 허브의 차이점
- 주소 개념:
- 스위치는 MAC 주소를 기반으로 데이터를 특정 포트로만 전달.
- 충돌 방지:
- 스위치의 포트별로 콜리전 도메인 분리.
- 전이중(Full-Duplex) 통신 지원:
- 송신과 수신이 동시에 가능하여 효율성 향상.
5.2. 콜리전 도메인
- 허브: 모든 호스트가 동일한 콜리전 도메인에 속함.
- 스위치: 각 포트가 독립된 콜리전 도메인으로 작동.
6. 실무 적용 및 요약
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허브의 이해:
- 현대 네트워크에서 잘 사용되지 않지만, 스위치와 대비되는 특성 학습에 유용.
- 충돌, 반이중 통신, CSMA/CD의 개념 이해에 필수적.
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스위치의 중요성:
- 허브의 한계를 극복한 현대 네트워크의 핵심 장비.
- 다음 강의에서 스위치의 동작 원리와 기능 학습 예정.
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CSMA/CD:
- 허브 사용 환경에서 충돌 완화용으로 사용되던 프로토콜.
- 오늘날의 전이중 스위치 환경에서는 거의 사용되지 않음.
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