계층별 네트워크 장비

3줄 요약

• 계층 별 주요 장비에는 1계층-허브, 리피터 2계층-브릿지, 스위치, 3계층-라우터, 4계층-L4 스위치가 있습니다.
• 현대 네트워크에서 주로 사용되는 장비는 스위치, 라우터이며, 리피터의 경우 현대에 브릿지와 스위치 내에서 작동하며, 브릿지의 경우도 현대에는 스위치들로 인프라를 구성하고 있습니다.
• 라우팅 방식은 정적 라우팅과 동적 라우팅으로 나뉘며, 실무에서는 각각의 장단점이 있어 정적 라우팅과 동적 라우팅이 혼합해서 주로 쓰입니다.

1계층 장비

허브

수신된 물리 신호를 목적지 확인 없이 다른 모든 포트로 전달하는 장비

• 여러 포트를 제공하여 여러 장치를 하나의 LAN에 물리적으로 연결할 수 있도록 함
• 목적지 구분이나 트래픽 제어 없이 하나의 공유된 통신 환경 사용하므로 충돌 리스크가 있음

네트워크 상에서 인프라 구성 시 필수 요소는 아니라고 합니다.

리피터

네트워크 범위를 늘리기 위해, 케이블 전송으로 약화된 전기 신호를 증폭시키는 장비

과거에는 별도로 존재했으나, 현재에는 리피터 기능이 스위치와 브릿지에 포함되어 별도의 리피터를 구성하지 않는다고 합니다.

케이블

장치 간 연결을 제공하고 물리적인 신호를 전달하는 전송 매체

• 동축 케이블, 광케이블 등이 있음

2계층 장비

브릿지

서로 분리된 LAN 세그먼(LAN Segment)를 연결하고, MAC 주소를 이용해서 프레임을 전달하는 L2 장비

• MAC 주소를 학습하여 목적지에 맞는 포트로 프레임 전달

• LAN 세그먼트를 분리하여 Collision Domain을 분리

• 현대 네트워크에서는 브릿지의 기능을 확장한 스위치가 대부분 사용됨

• 일반적으로 적은 수의 포트를 제공하며(많아야 5~10개), 각 포트의 전송 속도는 동일한 경우가 많음

• Store-and-Forward 방식을 사용하여 프레임을 끝까지 수신한 후 오류 여부 등을 확인하고 전달

스위치

브릿지의 기능을 확장하여 많은 포트를 제공하고, MAC 주소를 기반으로 프레임을 전달하는 L2 장비

• MAC 주소를 학습하여 목적지에 맞는 포트로 프레임 전달

• 브릿지보다 많은 수의 포트 제공 (비싼 스위치의 경우 50개 정도의 포트를 갖는다고 함)

• 포트별로 서로 다른 전송 속도 지원할 수 있음

  • 자주 사용하는 포트는 속도를 빠르게 이런식으로 속도 제어가 가능함

• 대표적으로 Cut-Through 방식을 사용하여 프레임 전체를 다 받을 때까지 기다리지 않고 프레임의 앞부분에서 목적지 MAC 주소를 확인하면 바로 전달함.

  • Store-and-Forward 방식도 이용한다고 합니다. (모두 사용 가능)

현재까지 브릿지를 사용하는 회사들의 경우 레거시(공공기관 및 장비 교체가 원활하지 않은 회사)인 경향이 많다고 합니다.

신규로 새롭게 장비를 도입하는 경우 스위치로 구성하는 게 일반적이라고 합니다.
(포트 수도 많고, 포트별 전송 속도 차이 및 전송 방식의 차이로 인해 스위치를 주로 채택하는 것 같음)

3계층 장비

라우터

서로 다른 IP 네트워크들을 연결하고, 목적지 IP 주소를 기반으로 데이터 패킷의 최적의 경로를 결정하는 L3 장치

• 목적지 IP 주소를 확인하여 패킷이 어느 방향으로 가야 하는지 결정
• 결정하는데 라우팅 테이블을 사용

라우팅은 방식에 따라 정적 라우팅과 동적 라우팅으로 나뉩니다.

정적 라우팅

관리자가 라우터에 직접 경로를 설정하는 방식

동적 라우팅

라우터들이 라우팅 정보를 서로 교환하여 라우팅 테이블의 경로를 자동으로 학습하고 갱신하는 방식

정적 라우팅과 동적 라우팅의 장단점 정리

구분	정적 라우팅 (Static)	동적 라우팅 (Dynamic)
경로 설정	관리자가 직접 설정	라우팅 프로토콜을 통해 자동 학습·설정
경로 변경	네트워크 변화 시 직접 수정 필요	네트워크 변화에 따라 자동으로 경로 재계산
장점	구성이 단순, 라우터의 연산·트래픽 부담이 적음	네트워크 변화에 유연하게 대응, 대규모 환경에서 관리 편리
단점	장애 발생 시 자동으로 우회 경로를 찾지 못함 → 관리자가 수정	경로 정보를 주기적으로 교환·계산하므로 라우터의 CPU·메모리·대역폭 부담 발생
적합한 환경	규모가 작거나 경로가 고정된 네트워크	규모가 크거나 경로 변화가 많은 네트워크

→ 보통 라우팅테이블에서 라우팅 방법을 적용할 때는 정적 라우팅과 동적 라우팅을 혼합해서 적용하는 게 일반적이다고 합니다.

실무에서도 보통 라우팅 테이블에 대한 점검이라던가 보안적 측면 고려할때, 주기적으로 라우팅 테이블이 유용한지, 오류가 없는지 등을 검토해서 점검 및 관리를 한다고 합니다.

4계층

L4 스위치

IP(3계층)와 TCP/UDP, Port(4계층) 등의 정보를 활용하여 네트워크 트래픽을 처리함

로드 밸런싱 (부하 분산)

여러 대의 서버에 네트워크 트래픽을 적절하게 나누어 전달하는 것

→ 쉽게 말해, 한 서버에 요청이 몰리지 않도록 적절하게 나누어 전달하는 것

로드밸런싱 필요한 이유

• 서버나 네트워크 장비는 처리할 수 있는 트래픽과 요청량에 한계가 있음
• 트래픽이 특정 장비에 집중되면 처리 지연, 서비스 장애, 다운 등이 발생할 수 있음
• 로드 밸런싱을 통해 부하를 분산하여 서비스 가용성과 안정성을 높일 수 있음

이중화 (Redundancy)

장애 발생에 대비하여 동일한 기능을 수행할 수 있는 장비나 서버를 추가로 구성하는 것

(Active-Stanby 같은 용어들은 이중화 구성의 방식을 나타내는 용어)

• Active-Stanby
  • Active: 현재 서비스를 운영하는 장비
  • Standby: 장애 발생에 대비하여 대기하는 장비
  • Active 장애 발생 시 Standby가 서비스를 이어받음
• Active-Active
  • 두 장비가 동시에 서비스를 운영
  • 트래픽을 분산하여 처리할 수 있음
  • 한 장비에 장애가 발생해도 다른 장비가 서비스를 계속 제공할 수 있음

→ Active-Active 경우 여러 장비가 동시에 실제 트래픽을 처리하므로 각 장비가 분산된 부하를 안정적으로 처리할 수 있는 충분한 성능과 자원이 필요하다.

장점으로는 양쪽에서 운영 로그가 기록되고있으므로 한쪽 문제되도라도 로그의 보존성, 연속성이 보장됨. 다만 하드웨어 퍼포먼스가 일정 수준 이상이 요구되므로 비용적인 문제가 발생함.

Active-Stanby의 경우 스탠바이상태에서 액티브로 전환 시 서비스가 일부 단절되는 문제 발생 가능 그래서 연속성이 중요한 서비스라면 Active-Active 채택한다고 함.

7계층

L7 스위치

애플리케이션 계층의 정보를 분석하여 트래픽을 처리하는 장비

• HTTP의 URL, Host, Cookie 등의 애플리케이션 정보를 기반으로 트래픽을 세부적으로 분류하고 제어할 수 있음
• L4 스위치보다 더 세밀한 기준으로 트래픽 처리 가능

→ 단순히 IP와 Port를 기준으로 처리하는 L4보다 애플리케이션 수준에서 세밀하게 트래픽을 제어할 수 있음