Day2. 장비 (Hub, Switch, Router)

1. Hub (Multiport Repeater = Connector + Repeater)
   1. Reapeater: 수신된 신호를 증폭한 후 다음 구간으로 재전송하는 장치
   2. 멀리 있는 장치와 통신을 할 때 잡음이 끼는 것도 제거해주는 기능이 있다.
   3. 여러 대의 리피터를 사용한다면 먼 거리까지 데이터 전달 가능
   4. 무한정 쓴다고 계속 통신이 가능하지는 않다고 합니다.
      ***왜? ⇒ 5-4-3 룰을 적용해보자…!
   5. 1: 1 네트워크 환경에서 여러 사람들이 참여하고 싶어짐.
      ⇒ 커넥터 안에 리피터를 넣어버리자 ⇒ 멀티포트 리피터 등장
   6. 포트가 여러개 달려있는 형태의 장비가 되었다…!
   7. 랜카드가 설치된 각각의 pc들은 케이블을 타고 허브에 연결
   8. 같은 허브에 연결된 모든 PC는 서로 간에 통신이 가능
   9. 같은 허브에 연결된 모든 PC는 콜리전 도메인을 공유
      1. 콜리전 도메인: 통신 시 충돌할 수 있는 영역을 의미
   10. 허브가 통신하는 방식: CSMA/CD (Ethernet/ Layer2)
   11. 리피터 허브의 특징
       1. 리피터 허브는 모든 기기(포트)에 전송함 (브로드 캐스팅)
       2. 리피터 허브 자체가 콜리전 도메인을 형성
       3. 한 번에 일대일 통신만 가능 (효율적 X)
       4. 한번에 한 대의 기기만 보낼 수 있고, 보내면 전체에게 다 뿌려짐(브로드 캐스팅).
          ⇒ Collision 발생 多 & 속도 저하
   12. 브리지/ 스위치의 등장 배경
       1. 네트워크 참여자 증가 ⇒ 트래픽의 증가
       2. CSMA/CD의 한계 ⇒ 데이터 콜리전 증가
       3. 콜리전 발생으로 영향받는 노드의 수 증가
       4. 허브 장비의 한계 체감 ⇒ 브리지/ 스위치 출현
2. Bridge
   1. 도입 개념: 콜리전 도메인을 작게 나눠서 데이터 충돌을 막고자 함
   2. 필터링
      1. 프레임 내의 MAC 주소를 평가하여 그 프레임을 브릿지를 통해 보낼 것인지 말것인지 판단하는 기능
      2. 필터링을 통해 불필요한 네트워크 간의 통신을 억제하고 결과적으로 콜리전 발생을 방지
3. Switch
   1. 등장 배경: 데이터가 너무 많아서 빠른 처리 속도가 필요하게 됨.
   2. Bridge ↔ Switch

      1. 비교 표

         Bridge	Switch
         2 ~ 4개의 포트를 제공	몇십 또는 몇백개의 포트를 제공
         소프트웨어 방식으로 처리: Slow	하드웨어 방식으로 처리: Fast
         동일한 속도만을 지원	서로 다른 속도를 지원

   3. 설명
      1. Layer2 장비
      2. 장비 안에 MAC 주소 테이블 존재 ⇒ 이것을 참조하여 필터링
      3. 스위치에서는 포트별로 하나의 콜리전 도메인이 형성
         1. 해당 이유 찾아서 넣기
      4. 특징
         1. 패킷의 목적지 주소로 지정된 디바이스로 이어지는 포트만 패킷이 전달
         2. 불필요한 트래픽을 방지하고 통신 효율을 향상
      5. MAC 주소 학습/관리의 5단계 프로세스 : Learning → Flooding → Forwarding → Filtering → Aging
         1. Learing: MAC 보내는 쪽 (소스단의) 주소를 MAC Address Table에 등록하는 과정. (신뢰성을 확보하기 위해서 프레임이 오고가는지 확인하고 등록)
         2. Flooding : 프레임의 목적지 주소(MAC)가 없을 때 프레임이 들어온 포트를 제외하고 브로드캐스트 하는 과정.
         3. Forwarding: 기작성된 MAC-Address table을 기반으로 확인했을 때, 목적지 주소가 있다면 해당 포트로 프레임을 전달하는 과정.
            ⇒ Only in Unicasting
         4. Filtering: 포워딩 하는 도중에 충돌을 방지하기 위해서 다른 포트로 데이터가 전송되지 않도록 하는 기술
            ⇒ Forwarding과 동시에 진행되는 과정이다.
            ⇒ 해당 기능으로 인해서 콜리전 도메인을 나눌 수 있음.
         5. Aging: 시간에 흐름에 따라 사용빈도가 적은 목적지 주소(MAC)를 MAC Address Table에서 제거하는 과정.
            ⇒ MAC Address Table의 값이 너무 커지는 것을 방지하기 위하여 진행됨.
            ⇒ Default 값 (300sec)을 초과할 경우 삭제하게 된다.
            ⇒ Default 값은 수정이 가능하다.
   4. 스위치의 프레임 처리 방식
      1. 스토어-앤-포워드 (Store-and-Forwarding)
         1. 일단, 들어오는 프레임을 전부 다 받아들이고 처리를 시작
         2. 스위치가 유입된 모든 프레임에 대해서 CRC값을 체크하여 에러여부를 확인하는 방식
         3. CRC(Cyclic Redundancy Check)는 checksum의 한 종류
            : 데이터를 전송할 때 전송된 데이터에 오류가 있는지를 확인하기 위한 체크값을 결정하는 방식
         4. 프레임이 다 들왔는지/ 에러 여부/ 출발지와 목적지 이상 여부 체크
         5. 에러가 발견이 되면 프레임을 drop 하고 재전송을 요구 (=에러 복구 능력이 뛰어나다고 판단)
      2. 프래그먼트 프리(Fragment-free)
         1. 처음 들어오는 512비트(64byte) 정보만을 확인하여 collision 발생 여부만을 확인하는 방식
            ⇒ 3-4-5룰 적용하여 앞에 64바이트 부분에 콜리전이 없을 경우 발생하지 않았다고 추정할 수 있음
         2. 이론으로 처음 등장하고 이 기술이 적용된 스위치는 없었음
            ⇒ 추후에 컷스루 방식에서 프래그먼트 프리 방식을 도입함.
         3. 에러감지능력이 컷스루에 비해서 우수
      3. 3-4-5 Rule (정식명칭 5-4-3 규칙)
         1. Segment: 물리적으로 제한하여 네트워크를 구분하는 단위
         2. Subnet: 논리적으로 네트워크를 구분하는 단위
         3. 리피터를 설치함에 있어서 4개까지의 설치만 권장됨을 표현하는 초기의 네트워크 디자인 규칙
         4. 3개의 중계구간, 4개의 리피터, 5개의 구간을 의미.
            1. Max 3 Populated segments (Nodes): 순수하게 데이터를 전송하기 위한 세그먼트
            2. Max 4 repeaters: 최대 4개까지
            3. Max 5 segments: 노드 거리가 5를 초과하면 안된
      4. 컷스루(Cut-through)
         1. 처음 들어오는 48바이트 정보(=dest mac)만을 체크
         2. frame이 다 들어오기를 기다리지 않고 앞에 들어오는 목적지 MAC Address만을 본 후 바로 전송을 시작.
         3. 장덤: 처리 속도가 빠르다.
         4. 단점
            1. 에러복구능력은 떨어진다.
            2. 맥 어드레스 테이블을 만들 수 없다.
               ⇒ header에 dest mac이 제일 앞에 있기에 src mac이 테이블에 들어가기 전에 전송됨.
         5. 현재 스위치 기술은 Fragment-free + Cur-through 합쳐진 상태로 사용.
4. Cable
   1. Tx: 데이터를 보내는 쪽
   2. Rx: 데이터를 받는 쪽