라우터와 스위치

Hoo-Sung.Lee·2023년 9월 27일

네트워크

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1.기본 개념

스위칭:패킷이 라우터나 스위치에 도착했을때, 패킷의 목적지 주소를 보고 몇번 포트로 보낼지를 결정하는 것
스위치는 네트워크, 브로드캐스트를 나누지 못하고, 라우터는 둘 다 나눈다.
네트워크 개수와 브로드캐스트의 개수는 항상 동일하다.
Unicast: 목적지가 1개의 장치, 1CPU
Broadcast: 목적지가 ALL 장치, ALL CPU
N계층 장치는 1~N계층 까지의 기능을 모두 한다.

2.계층 별 역할

1계층(Physical 계층)
- 프로토콜: 케이블, 시그널, 커넥터
- 기능: 증폭
2계층(Data Link 계층)
- PPP(Point to Point Protocol): 장치를 1 대 1로 연결하기 떄문에 스위칭 기능이없다.(2계층 주소가 필요 없다.)
- Muitl Point: 1대 다로 연결하기 떄문에 스위칭이 기능이 필요하다. 이더넷 사용.
- 2계층은 1계층+2계층 기능을 한다.
- MAC 주소(physical address) 범위: 0000.0000.0000.0000~ FFFF.FFFF.FFFF.FFFF
- 프로토컬: 이더넷, PPP
- 동작 범위: 네트워크 내부
- 기능: 스위칭
- LAN에 사용하는 2계층 프로토콜: 이더넷
- WAN에 사용하는 2계층 프로토콜: 이더넷, PPP
- 2계층 주소는 네트워크 안에서 내부의 장치들을 구분하기 위해서 사용한다.
2계층 장치의 종류
1. 스위치
2. LAN 카드(스위치)
3. 라우터의 포트
브로드캐스트는 각 단말에서 처리가 되는데(ALL CPU가 처리함), 유니캐스트의 경우, 목적지에 해당하는 한 장비의 CPU만 돌린다.

Unicast: 1장치 (1 CPU)
Broadcast: All 장치(All CPU)
3계층(Network 계층)
- 프로토콜: IPv4, IPv6
  - IPv4가 현재 90프로 사용된다.
- 동작 범위: 전체 네트워크
- 1계층 2계층,3계층 까지의 역할을 모두 한다.
- IP 주소(logical address) 범위: 0.0.0.0~255.255.255.255
- IP 공인 주소 고갈(32bit)
  
  a) IPv6(128bit) - 회사의 장치들을 다 바꿔야하는 번거로움
  b) IPv4 사설 주소
  - 10.x.x.x
  - 172.16.x.x
  - 192.168.x.x
4계층(Transport 계층)
- 프로토콜: UDP, TCP
- Layer 4 Switch는 4계층 장치이다.(포트 스위칭)+3계층기능+2계층+1계층 기능 다 함.
5,6,7계층
Telnet은 7계층 프로토콜이다. 그래서 스위치, 라우터에서는 작동이 안되고 단말로만 접속 가능하다.

3. 스위치

이더넷 스위치는 도착한 프레임의 출발지 MAC주소를 보고 스위칭 테이블을 만든다. 프레임의 목적지 주소가 스위칭 테이블에 있으면 스위칭하지만, 없다면 모든 포트들로 보낸다.(플러딩 한다.)
라우터는 네트워크를 분할하고, 스위치는 세그먼트를 분할한다.
2계층 프로토콜의 동작 범위는 네트워크 내부이기 떄문에 네트워크마다 다른 프로토콜을 적용해도 된다.
다른 네트워크에 같은 2계층 프로토콜을 사용하더라도 네트워크별로 동작한다.즉, 다른 네트워크의 2계층 프로토콜은 아무 연관성을 갖지 못한다.

2계층 프로토콜은 네트워크 내부가 세상의 전부라는 우물안 개구리 같은 생각을 한다고 보면 된다.

4. 스위치 테이블

이더넷 스위치가 스위칭 테이블을 만들기 위해서는 라우터가 라우터 테이블을 만들기 위한 설정과는 달리 아무런 설정이 없다.

MAC 주소를 가진 장치가 프레임을 스위치에게 보내면 스위치는 프레임의 출발지 MAC주소를 보고 스위칭 테이블을 만든다.
(show mac-address-table 명령어로 확인할 수 있다.)

위의 그림으로 설명하자면, 처음에는 스위치의 테이블이 비어 있다.
출발지가 111.111.abcd인 pc1이 222.2222.abcd인 pc2로 프레임을 보낸다고 하면 스위치 테이블에는
1111.1111.abcd Fa0/1(MAC 주소, 포트 번호)
와 같이 한 행이 생기게 된다.

더 구체적인 예시는 아래와 같다.

5. 스위치의 플러딩

이더넷 스위치는 수신한 프레임의 목적지 MAC주소가 스위칭 테이블에 있으면, 스위칭 한다. 그런데 수신한 프레임의 목적지 MAC 주소가 스위칭 테이블에 없다면, 일어나는 것이 플러딩(flooding)이다.

즉, 프레임이 수신된 포트를 제외하고 모든 포트들로 내보내는 것이다.
이 때, 내보낸 목적지 MAC 주소가 자기 자신일 때 CPU에게 스위칭하고,아닐 때에는 쓰레기통으로 스위칭합니다.

6. 라우터

IP주소는 MAC 주소(flat)와 달리 hierarchical하다.
라우터는 ip주소를 보고 스위칭을 한다.
단 한줄의 네트워크 ID와 프리픽스 길이가 네트워크 내 모든 IP 주소들을 대신하기 때문에 라우팅 테이블의 길이가 짧다.
ex) 10.1.1.0/24 는 10.1.1로 시작하는 10.1.1.0~10.1.1.255를 대신하는 정보이다.
주의!! 네트워크의 첫번째 주소와 마지막 주소는 할당할 수 없다.
1.네트워크 첫번째 주소(10.1.1.0):네트워크 자체를 나타내는 주소로 예약어이다.
2.마지막 주소(10.1.1.255): 브로드캐스트 주소로 예약어이다.
라우팅 프로토콜의 종류에는 EIGRP, RIP OSPF가 있습니다.
라우터에 유니캐스트 패킷 도착했을 떄 하는 일
1. 라우팅
1. 2계층 옷 입히기(MAC 주소 바꾸어서 입힘)

7. 라우터 테이블

라우터가 라우팅 테이블을 만들기 위해서는 라우터를 기준으로
1. connected network
2. not-connected network
두 개로 구분해서 생각 해야한다.

라우터가 Connected network에 대한 정보 만드는법.
1. no shutdown : 인터페이스를 살린다.
2. ip address [IP 주소][브로드캐스트 도메인]: 인터페이스에 IP주소를 할당한다.

라우터가 not- connected network에 대한 정보를 만드려면
1.라우팅 프로토콜을 설정해야 한다.

라우팅 프로토콜 설정하는 법
1.router eigrp 100[AS 번호]
이 명령은 라우팅 프로토콜로 EIGRP을 선택하는 것이다. 동일한 괸리 영역에 속하는 라우터들은 모두 동일한 AS번호로 설정해야 한다.(일반적으로 회사마다 하나의 AS 씀)
2. network 200.1.1.0
200.1.1로 시작하는 네트워크 정보를 보내겠다.
200.1.1로 시작하는 네트워크를 통해 EIGRP 패킷을 교환하겠다.

show ip route: 라우터에서 설정된 모든 네트워크 경로를 볼 수 있다.

[라우트 프로토콜 설정 전]

[라우트 프로토콜 설정 후]

사진에서 DG(default gateway), SM(Subnet mask)입니다.

라우트 프로토콜 설정 후에는 not-connected된 정보까지 가져왔음을 알 수 있습니다.
D는 DUAL(Diffusing Update Algorithm)의 약어로, 즉, EIGRP가 생성한 정보를 의미합니다.
DUAL은 EIGRP 라우팅 프로토콜의 라우팅 알고리즘이라고 합니다.