학습 목표

• 리피터와 허브의 동작 원리를 이해하고 차이를 설명할 수 있다.
• 브리지와 스위치의 동작을 이해하고 차이를 설명할 수 있다.
• 라우터의 동작 원리를 설명할 수 있다.

랜 카드(LAN card)

컴퓨터나 프린터 등을 LAN과 같은 네트워크에 연결해 주는 장비로 NIC라고도 한다.

랜 카드의 동작 원리

LAN 카드는 제 1계층인 물리 계층과 LAN 디바이스 드라이버를 통하여 제 2계층인 데이터 링크 계층의 기능을 제공하는 장비이다.

랜 카드의 기능

• 내부에서 처리된 병렬 데이터를 직렬 데이터로 바꾸어 전송한다.
• 데이터를 수신한다. 직렬 데이터를 병렬 데이터로 바꾼다.
• 데이터 신호를 전송 선로로 보내기 위해 전기 신호로 변환한다.
• 비트 데이터를 모아 패킷 형태로 변환한 후 한꺼번에 전송한다.

랜 카드의 종류

• 버스 구조에 따라 ISA 랜 카드(8bit, 16bit), PCI 랜 카드(32bit)로 구분
• LAN의 종류 및 속도에 따라 이더넷(10Mbps), 토큰링 카드, 패스트 이더넷 카드(100Mbps), 기가비트 이더넷 카드(1Gbps), 무선 랜 카드로 구분

랜 카드의 구분

• 랜 카드를 구분하는 방법은 랜 카드의 ROM에 저장된 48비트 크기의 주소를 가지고 구분한다.
• 이 주소는 각각의 랜 카드 별로 고유한 값으로 중복되는 경우가 없다. 이 주소를 MAC 주소라고 한다.
• MAC 주소의 상위 24비트는 제조사별로 할당된 코드, 하위 24비트는 제조사별로 관리하는 시리얼 번호가 된다.

리피터(REPEATER)

리피터는 전송 매체에 흐르는 데이터 신호를 증폭하고 재생하여 중계하는 간단한 장치로 물리 계층에서 동작한다.

리피터의 동작 원리

케이블 길이가 길어져 크기가 작아지거나 왜곡된(감쇠 현상) 신호를 증폭하고 재생하여 중계하는 역할을 수행한다.

리피터의 역할

데이터 전송 시 거리가 멀어 데이터 전송이 원활하게 되지 않는 경우 데이터 신호의 증폭과 재생을 하여 중계를 하고, 또한 지역적 거리를 극복하고 확장할 목적으로 사용한다.

UTP 케이블의 경우 최대 거리가 100M라는 거리 제한이 있다.

허브(Hub)

• 허브는 네트워크에서 여러 대의 컴퓨터를 연결하는 접속 장치로 연결된 모든 컴퓨터에 정보를 전달하는 중계기 역할을 한다.
• 제 1계층인 물리 계층에서 동작한다.

허브의 동작 원리

• 성형 네트워크에서 PC와 PC를 연결하는 접속 장치가 바로 허브이다.
• 허브는 RJ-45 커넥터와 다수의 포트를 이용하여 손쉽게 PC나 프린터 등을 네트워크에 연결해 주는 장비이다.
• 허브는 네트워크 세그먼트를 구분하는 단위로 사용되기도 한다.

허브의 종류

• 허브는 연결 포트 수에 따라 4포트, 8포트, 16포트, 24포트, 허브 등으로 분류된다.
• 기능에 따라 더미 허브, 스위칭 허브, 스택커블 허브 등으로 구분할 수 있다.

더미 허브

전송 매체로 들어온 데이터를 포트에 연결된 모든 컴퓨터에 전달, 연결된 컴퓨터의 수가 많을 수록 충돌 발생 횟수가 많아져 속도가 떨어짐.

스위칭 허브

전송 매체로 들어온 데이터를 해당하는 목적지 포트에만 전달, 스위칭 허브의 전송 속도 100Mbs라면 각 포트의 전송 속도로 100Mbs를 그대로 유지할 수 있다.

스택커블 허브

여러 대의 허브를 연결하여 하나의 허브처럼 사용할 수 있도록 하는 허브, 포트의 수를 확장할 수 있다.

브리지(Bridge)

• 브리지는 LAN을 확장하는데 사용하는 장비이다.
• 브리지는 주소를 구분할 수 있는 기능이 있어 데이터 신호를 주소로 구분하여 해당하는 네트워크 세그먼트에만 전송하여 전송 효율을 높일 수 있다.
• 이 때 사용하는 주소가 랜 카드의 고유 주소인 MAC 주소를 사용하며, 제 2계층인 데이터 링크 계층에서 작동하는 장비이다.

브리지의 동작 원리

• MAC 주소를 보고 포트에 연결된 네트워크 세그먼트에 전송할 것인지 말것인지를 구분하는 기능을 가지고 있고 네트워크의 전송 효율을 높일 수 있다.
• 서로 독립적으로 존재하는 LAN을 상호 연결하여 연동하는 장비이다.
• 브리지는 자신의 포트로 입력되는 데이터 신호를 판독하여 해당 데이터의 발신지 컴퓨터의 MAC 주소를 알아내어 브리지 테이블을 구성한다.
• 브리지는 브리지 테이블을 참조하여 연결 포트를 알아내고 해당 포트에만 데이터를 전송하여 전송 효율을 높인다.

브리지의 활용

• 브리지를 활용하여 네트워크를 확장하면서 충돌 영역을 줄이고 네트워크 전송 속도를 높일 수 있다.

• 투명 브리지 : 같은 종류의 네트워크 세그먼트나 같은 종류의 전송 매체를 접속

• 변환 브리지 : 서로 다른 전송 매체로 구성되어 물리적인 특성이 다른 네트워크 간의 연결

스위치

• 스위치는 데이터 링크 계층에서 동작하며 네트워크 세그먼트를 각 포트별로 구분할 수 있어 특정 포트에만 데이터를 전송하여 충돌 영역을 줄여주는 역할을 하는 데이터 중계 장비이다.
• 2계층의 스위치는 L2 스위치라고도 불리며, 많은 포트와 빠른 성능을 갖도록 설계한 브리지의 한 종류라 할 수 있다.

스위치의 동작 원리

• 컴퓨터가 송신한 데이터를 받으면 데이터 신호에 포함된 목적지 주소인 MAC 주소를 구분하고 목적지 MAC 주소를 가진 컴퓨터가 연결된 포트에만 선택적으로 데이터 신호를 전송한다.
• 데이터 프레임의 목적지 주소인 MAX 주소만을 보고 바로 전송하는 컷 스루포워드라는 방식을 이용하여 전송하므로 전송 속도가 뛰어나다.

스위치의 활용

• 더미 허브로 네트워크가 구성된 경우 한 그룹이 데이터 전송을 하면 나머지 다른 그룹은 데이터 전송이 불가능하다.
• 스위치 허브를 도입하면 포트별로 충돌 영역이 분할 되어 각각의 그룹별로 데이터 전송이 가능하다.

스위치의 분류

• 레이어 3 스위치는 네트워크 계층을 지원하는 이더넷 스위치이다.
• 레이어 3 스위치는 VLAN에 IP 주소를 부여하고 라우팅할 수가 있어 VLAN간의 통신이 가능하다.
• 레이어 4 스위치는 전송 계층을 기반으로 패킷을 분류하고 경로를 제어하는 스위치로 전송 계층에서 발생하는 세션을 관리하고 포트 번호로 세션을 관리하기 위한 패킷도 조작할 수 있다.
• 레이어 4 스위치의 로드 벨런서 기능은 서버에 대한 부하 분산과 서버의 동작 상태 확인 가능하다.

스위치와 브리지 차이

• 기능은 거의 똑같고 데이터를 처리하는 성능에 차이가 있다.
• 브리지는 소프트웨어 기반이고 스위치는 하드웨어 기반이다.
• 스위치는 주문형 반도체(ASIC)를 기반으로 만들어져 데이터 처리 속도가 브리지 보다 빠르고 브리지에 없는 가상 랜(VLAN) 기능을 가지고 있다.

스위치와 허브의 차이

• 스위치는 특정 포트를 지정하여 데이터 신호를 보낼 수 잇어 포트별 데이터 속도를 일정하게 유지할 수 있다.
• 더미 허브는 모든 포트에 데이터를 전송하여 동시에 데이터 전송이 불가능 하고 전송 속도 또한 연결된 컴퓨터 수에 반비례하여 속도가 낮아진다.

라우터(Router)

• 라우터는 서로 다른 종류의 LAN 네트워크를 연결하기 위해 네트워크의 초입에 설치하며 OSI 모델 3계층인 네트워크 계층에서 동작하는 장비이다.

라우터의 동작 원리

네트워크 계층 주소인 IP 주소를 사용하여 데이터 전송 목적지까지의 경로를 검사하고 어떤 경로로 가는 길이 가장 적절한지를 판단하는 경로를 결정한다.

• 라우팅 : 데이터 전송 시 데이터 전달의 최적 경로 탐색

• 라우팅 테이블 : 연결되어 있는 모든 경로에 대한 테이블 형태의 정보

라우터 테이블의 종류

• 정적 라우팅 : 라우팅 테이블을 직접 관리자가 작성해 주는 방식
• 동적 라우팅 : 라우터가 연결된 네트워크의 다른 라우터를 통하여 자동으로 경로 정보를 얻어와 라우팅 테이블을 작성하는 방식

라우터의 기능

• 라우터는 서로 다른 LAN을 연결하여 데이터 송수신이 가능하게 해주는 장비이다.
• 서로 다른 네트워크 상에 여러 개의 데이터 전달 경로가 존재할 때 그 중 최적의 정달 경로를 선택하여 데이터를 전달하고 필요한 경우 큰 데이터를 작은 데이터로 나누어 전송하는 기능도 수행한다.
• 라우터는 브리지와 다르게 네트워크의 데이터 집중 현상을 초래하지 않는다. 브로드캐스트 메시지나 손상된 데이터 패킷은 폐기하고 재 전송하지 않은 기능이 있기 때문이다.

게이트웨이

게이트웨이는 전 계층(1~7계층)의 프로토콜 구조가 다른 네트워크의 연결을 수행한다.

• 세션 계층, 표현 계층, 응용 계층 간을 연결하여 데이터 형식 변환, 주소 변환, 프로토콜 변환 등을 수행한다.
• LAN에서 다른 네트워크에 데이터를 보내거나 다른 네트워크로부터 데이터를 받아들이는 출입구 역할을 한다.