안녕하세요
뚱보 프로그래머 입니다.
허브, 스위치 및 라우터의 차이에 대해 적어봅니다.
리피터, 허브, 브리지, L2 스위치, 라우터, L3 스위치 등 네트워크를 구성하는 장비들의 차이를 알아보자. 리비터와 허브를 레이어 1 장비라고 한다. 또, 브리지, 스위치를 레이어 2 장비, 라우터, L3 스위치를 레이어 3 장비라고 한다. 현재 리피터는 허브에게, 브리지는 스위치에게 그 역할을 알려주고 퇴장한 장비들이다.
또, L2 스위치는 그 하위 레이어 장비인 허브의 기능을 모두 포함하고 있으며, L3 스위치는 L2 스위치의 기능을 모두 포함하고 있다. 따라서, 허브 대신에 L2 스위치나 L3 스위치를 사용할 수 있으며, L2 스위치 대신에 L3 스위치를 사용할 수 있다. 문제는 상위 계층의 장비일수록 가격이 비싸다는 것이다.
이웃집을 방문할 때는 카 내비게이셔 시스템이 필요없는 것처럼, 고가 장비의 기능이 늘 필요한 것은 아니다. 물론 있다고 나쁠 건 없다.
- 리피터
리피터(repeater)와 허브(hub)는 상위 계층에서 사용하는 MAC 주소나 IP 주소를 이해하지 못하고 단순히 전기적인 신호만 증폭시키는 역할을 한다. 따라서, 이 장비들을 물리계층 즉, 레이어 1장비라고 한다. 지금은 거의 사용하지 않지만 다른 장비들과 특성을 비교하기 위하여 먼저 리피터에 대해서 알아보자
리피터(repeater)는 전기적인 신호를 증폭시켜 먼 거리까지 도달할 수 있도록 하는 장비이다. 또, 리피터를 사용하면 전체 LAN에 접속할 수 있는 장비의 수도 많아진다.
리피터는 과거에 동축(coaxial)케이블을 사용한 이더넷에서 많이 사용하였다.
다음 그림에서 리피터가 없으면 10Base-5 사양인 경우 하나의 세그먼트당 최대 100대의 PC를 접속할 수 있으며, 거리도 최대 500미터 이내로 제한된다. 그러나, 리피터를 사용하면 LAN의 최대 전송거리도 연장되고, 접속할 수 있는 장비의 수도 많아진다.
세그먼트(segment)라는 네트워크 용어가 많이 사용되는데 경우마다 그 의미가 다르다. 10Base-5나 10Base-2에서는 케이블의 양단 터미네이터 (terminator)라는 도구를 부착하며, 이 터미네이터로 분리되는 하나의 구역을 세그먼트라고 한다.
- 허브
허브(hub)는 리피터와 마찬가지로 전기적인 신호를 증폭시켜 LAN의 전송거리를 연장시키고, 여러대의 장비를 LAN에 접속할 수 있도록 한다. 특히, 허브는 10Base-T나 100Base-T처럼 UTP 케이블을 사용하는 환경에서 장비들을 상호 연결시키는 콘센트 레이터(concentrator) 역할도 함께 제공한다.
만약 허브가 없다면 10Base-T나 100Base-T 장비들은 다음 그림처럼 크로스 케이블(cross cable)을 사용하여 두 대를 연결할 수 있다.
허브가 없다면 UTP를 사용하는 장비들은 두 대만 연결 가능하다.
그러나, 허브를 사용하면 다음 그림과 같이 한꺼번에 많은 장비를 연결할 수 있다.
허브를 사용하면 다수의 장비를 연결할 수 있다.
LAN에서 주로 사용되는 UTP케이블은 최대 전송거리가 100 미터이다. 그러나 다음 그림과 같이 허브를 사용하면 전송거리가 연장된다.
허브는 전송거리를 연장시킨다.
허브는 한 장비에서 전송된 데이터 프레임을 허브로 연결된 모든 장비에게 다 전송하며 이를 플러딩(flooding)이라고 한다. 다음 그림에서 PC4가 PC3에게 프레임을 전송하면 목적지인 PC3 뿐만 아니라 PC1, PC2에게도 전송된다. 결과적으로 충돌이 많이 발생하여 하나의 허브에 많은 장비를 연결할 수 없다.
같은 이유 때문에 보안성동 떨어진다. 또, 하프 두플렉스(half duplex)로만 동작하기 때문에 이더넷 프레임의 충돌이 발생할 가능성이 높고, 네트워크의 성능도 떨어진다.
허브는 수신한 프레임을 모든 포트로 플러딩한다.
이처럼 한 장비가 프레임을 전송하면 모든 장비와 충돌이 발생할 수 있으므로 허브에 접속된 모든 장비들은 하나의 충돌 영역(collision domain)에 있다고 한다. 이것은 복수개의 허브를 사이에 둔 장비들도 마찬가지이다. 요즈음에는 가정이나 소규모 기업에서 PC를 연결하는 경우를 제외하고는 거의 허브를 사용하지 않는다.
- 브리지
브리지(bridge)와 스위치 (switch)도 허브와 마찬가지로 이더넷 장비를 물리적으로 연결시키고, 프레임의 전송거리를 연장시켜준다. 그러나, 단순히 전기적인 신호를 증폭시키는 것인 아니라 프렘을 다시 만들어 전송한다.
또, 허브와 달리 레이어 2 주소인 이더넷의 MAC 주소를 보고 프레임 전송 포트를 결정하므로 레이어 2장비라고 한다. 전송거리 연장을 위하여 두 이더넷 장비간에 둘 수 있는 허브의 수량은 10Mbps 이더넷에서는 4개, 패스트 이더넷에서는 2개 등으로 제한 되어 있다. 그러나, 두 이더넷 장비간에 둘 수 있는 스위치의 수량은 제한이 없다.
브리지는 그 역할을 스위치에게 물려주고 지금은 사용되지 않는다. 그러나, 스위치와 관련된 많은 프로토콜들이 아직까지 브리지라는 용어를 많이 사용한다.
- 스위치
브리지와 스위치는 MAC 주소와 포트 번호가 기록된 MAC 주소 테이블 (MAC address table)을 가지고 있어, 목적지 MAC 주소를 가진 장비가 연결된 포트로만 프레임을 전송한다. 다음 그림에서 PC4가 MAC 주소가 0000.0000.0003 인 PC3이 목적지인 프레임을 스위치로 전송하면, 스위치는 MAC 주소 테이블을 참조하여 해당 PC가 연결되어 있는 포트 3으로만 프레임을 전송한다.
스위치는 수신한 프레임을 목적지와 연결되는 포트로만 전송한다.
허브는 한 포트에서 수신한 프레임을 모든 포트로 전송하여 다른 포트가 프레임을 전송할 때 충돌이 일어날 수 있다. 그래서, 허브는 모든 포트가 동일한 충돌영역에 있다. 그러나, 스위치에서는 한 포트에서 전송된 프레임이 MAC 주소 테이블에 있는 특정 포트로만 전송되기 때문에 다른 포트가 전송하는 프레임과 충돌이 일어나지 않으며, 이것을 일컬어 '스위치는 각각의 포트가 하나의 충돌영역에 있다' 고 한다.
스위치를 사용하면 프레임 충돌이 감소하여 네트워크 성능이 향상되고, 보안성도 좋아 진다. 요즈음은 스위치가 발전하여 MAC 주소뿐만 아니라 3,4,5,6,7 등 상위 계층의 정보도 함께 참조하여 스위칭 결정을 하는 제품들이 많다. 이런 스위치들과 구분하여 MAC 주소만 참조하여 스위칭시키는 제품들을 L2(layer 2) 스위치라고 한다. 그런, 보통 L2스위치를 그냥 스위치라고 부르는 경우가 대부분이다.
스위치는 프레임의 목적지 MAC 주소가 브로드캐스트일 때, 수신한 프레임을 모든 포트로 전송하여, 이것을 플러딩(flooding)이라고 한다. PC에서 사용되는 많은 통신용 프로토콜들이 브로드캐스트 프레임을 사용하기 때문에, 스위치에 접속된 장비가 많아질수록 브로드캐스트 트래픽도 증가하고, 이로 인한 네트워크의 성능저하가 심각해진다.
이를 해결하기 위하여 VLAN이 도입된다. 동일한 스위치라도 VLAN이 다르면 브로드캐스트 프레임이 차단되어 브로드캐스트 프레임의 플러딩으로 인한 성능저하와 보안성 문제를 해결할 수 있다.
- 라우터
라우터와 L3스위치는 IP 주소 등 레이어 3헤어에 있는 주소를 참조하여 목적지와 연결되는 포트로 패킷을 전송한다. 따라서, 라우터와 L3 스위치를 레이어3 장비라고 한다. 서브넷이 다른 IP 주소를 가진 장비간에 통신이 이루어지려면 반드시 레이어 3 장비를 거쳐야만 한다.
스위치는 멀티캐스트, 브로드캐스트 및 목적지를 모르는 유니캐스트 프레임을 수신하면 수신 포트를 제외한 모든 포트로 플러딩시키는 반면, 레이어 3 장비들은 이런 프레임을 모두 차단한다.
라우터(router)는 다음 그림처럼 네트워크 주소가 서로 다른 장비들을 연결할 때 사용한다. 또 원격지에 위치한 네트워크들을 연결하는 경우가 많다. 최근에는 장거리 전송이 가능한 이더넷 기술이 발달하여 원격지의 LAN을 스위치를 이용하여 직접 연결하는 경우도 많다.
라우터는 서브넷이 다른 장비들을 연결한다.
요즈음은 LAN 에서 VLAN을 사용하는 경우가 많고, VLAN간의 라우팅을 위하여 L3 장비가 필요하다. 다음 그럼처럼 동일한 VLAN에 소속된 장비들끼리 통신할 때는 라우터가 필요없겠지만, VLAN이 다른 장비들간의 통신은 L3 스위치, 라우터 등 L3 장비를 통해야만 가능하다.
서로 다른 VLAN간의 통신을 위해서는 레이어 3 장비가 필요하다.
그러나, 이처럼 VLAN간의 라우팅을 위해서 일반적인 라우터를 사용하면 라우터에서 병목현상이 발생하여 전체 네트워크의 성능을 저하시킬 수 있어 주로 L3 스위치를 사용한다.
- L3 스위치
전통적인 라우터의 속도 한계를 극복하고, VLAN간의 고속 라우팅을 위해서 다음 그림과 같이 라우팅 기능을 가진 스위치를 사용하는 경우가 많으며, 이런 장비를 레이어 3 스위치 또는 줄여서 L3 스위치라고 한다.
VLAN간의 라우팅을 위해서는 L3 스위치가 효과적이다.
L3 스위치는 동일한 VLAN 포트간에는 스위칭 기능을 제공하고, 서로 다른 VLAN 포트간에는 라우팅 기능을 제공한다. 전통적인 라우터와 비교하면, 라우팅 속도가 훨씬 빠른 반면, 장거리 통신망을 연결하는 포트가 없는 것이 많다.