혼자 공부하는 네트워크 2-3, 2-4 공부기록

물리 계층의 허브

• 허브는 물리 계층에 속하는 네트워크 장비로, 여러 대의 호스트를 연결하여 신호를 중계하는 역할을 합니다. 과거에는 네트워크 환경에서 널리 사용되었지만, 현재는 스위치로 대체되어 거의 사용되지 않습니다.
• 포트 : 허브는 여러 포트를 가지고 있어, 각 포트에 호스트나 다른 네트워크 장비를 연결할 수 있습니다.

허브의 주요 특징

1. 신호 재전송 : 허브는 수신한 신호를 특별한 조작 없이 다른 모든 포트로 다시 내보냅니다. 이는 허브가 물리 계층에 속해 주소 개념이 없기 때문입니다. 따라서 수신지를 특정할 수 없어 모든 포트에 신호를 전달합니다.
2. 반이중 통신 : 허브는 반이중 모드로 통신합니다. 이는 송신과 수신이 번갈아 가며 이루어지며, 동시에 양방향으로 데이터를 전송할 수 없습니다. 예를 들어, A가 송신 중일 때 B는 송신할 수 없습니다. 전이중 통신은 이와 반대로 동시에 양방향으로 데이터 전송이 가능합니다.

콜리전 도메인

• 콜리전 도메인이란 충돌이 발생할 가능성이 있는 네트워크 영역을 의미합니다. 허브에 연결된 모든 호스트는 하나의 콜리전 도메인에 속하며, 이 영역 내에서 동시에 여러 호스트가 송신을 시도할 경우 충돌(콜리전) 이 발생할 수 있습니다.
• 충돌 문제를 해결하기 위해서는 CSMA/CD 프로토콜을 사용하거나, 허브 대신 스위치를 사용하는 것이 효과적입니다.

CSMA/CD 프로토콜

• CSMA/CD(Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection)는 반이중 이더넷 네트워크에서 충돌을 방지하고 처리하기 위한 프로토콜입니다.

CSMA/CD의 동작 방식

1. CS (Carrier Sense): 메시지를 전송하기 전에, 현재 네트워크 상에서 다른 전송이 진행 중인지 확인합니다. 이를 캐리어 감지라고 합니다.
2. MA (Multiple Access): 여러 호스트가 동시에 네트워크에 접근할 수 있는 상황을 의미합니다. 이 경우 충돌이 발생할 가능성이 높아집니다.
3. CD (Collision Detection): 만약 충돌이 발생하면 이를 감지하여 전송을 중단합니다. 이후, 충돌을 감지한 호스트는 다른 호스트들에게 충돌이 발생했다는 잼 신호를 보낸 후, 일정 시간 대기하고 재전송을 시도합니다.

스위치

• 데이터 링크 계층 장비: 스위치는 데이터 링크 계층에서 작동하며, L2 스위치라고도 불립니다. 스위치는 여러 포트에 호스트를 연결하고, MAC 주소를 학습하여 특정 MAC 주소를 가진 호스트에게 프레임을 전달합니다. 또한 전이중 모드 통신을 지원하여 포트별로 콜리전 도메인을 나누고, CSMA/CD 프로토콜이 필요 없습니다.

주요 특징:

• MAC 주소 학습: 스위치는 특정 포트와 MAC 주소 간의 관계를 학습하여 이를 MAC 주소 테이블에 저장합니다.

• 플러딩(Flooding): 처음에는 MAC 주소와 포트의 연관 관계를 알지 못하므로, 송신지 포트를 제외한 모든 포트로 프레임을 전송합니다.
• 필터링(Filtering): MAC 주소 테이블에 학습된 포트가 수신지라면, 해당 포트로만 데이터를 전달하고 다른 포트에는 보내지 않는 기능입니다.
• 포워딩(Forwarding): 필터링된 프레임을 실제로 해당 포트에 내보내는 과정입니다.
• 에이징(Aging): 일정 시간 동안 프레임이 전송되지 않으면 MAC 주소 테이블에서 해당 항목을 삭제합니다.

VLAN (Virtual LAN)

• 가상 LAN 구성: 스위치는 VLAN을 만들어 논리적으로 네트워크를 구획할 수 있습니다. VLAN으로 나뉜 네트워크는 서로 통신하기 위해 상위 계층의 장비가 필요합니다.

VLAN 구성 방법:

• 포트 기반 VLAN: 특정 포트에 VLAN을 할당하여 호스트를 연결하는 방식입니다.
• VLAN 트렁킹: 여러 대의 VLAN 스위치를 효율적으로 연결하는 방식으로, 트렁크 포트를 사용해 스위치 간에 VLAN 정보를 포함한 이더넷 프레임을 주고받습니다. 이때, VLAN 태그가 헤더를 추가된 이더넷 프레임을 802.1Q 프레임이라고 한다.
• MAC 기반 VLAN: 포트가 아닌 송신하는 프레임의 MAC 주소에 따라 VLAN을 결정하는 방식입니다.