[ETC] 다양한 네트워크 장비들 알아보기

본 포스팅은 다양한 Network 장비들에 대해 알아 보겠습니다.

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다양한 장비를 통해 필요에 의한 도입을 검토할 수 있도록 도움이 되었으면 합니다.

처음으로 Router에 대해 알아보겠습니다

라우터(router, 문화어: 경로기)는 패킷의 위치를 추출하여 그 위치에 대한 최상의 경로를 지정하며 이 경로를 따라 데이터 패킷을 다음 장치로 전향시키는 장치입니다. 네트워크는 겉으로 보기에는 여러 대의 컴퓨터가 연결선을 통하여 마치 모두 하나로 이어져 있는 것처럼 보입니다. 하지만 사실 네트워크가 단 하나의 체계로 이루어져 있는 것은 아닙니다. 서로 다른 네트워크들이 연결되어 있을 수도 있다는 것입니다. 다만 각각의 네트워크는 통신 방법이나 신호가 다르기 때문에 여러 가지 네트워크들이 정보를 주고받기 위해서는 중간에서 이것을 정리하고 길을 안내해줄 장치가 필요합니다. 즉 라우터는 이러한 역할을 담당합니다. 라우터는 2개 이상의 논리적 하위망을 연결합니다. 레이어 3개 스위칭이 종종 라우팅이라는 용어와 혼용되는데, 스위칭은 엄격한 기술적인 정의가 아닌 일반 용어입니다.

라우터는 2개의 다른 평면에서 동작합니다.

제어 평면은 라우터가 특정한 패킷을 특정한 위치로 전달(foward)하기에 가장 적합한 "외부로 나가는" 인터페이스를 찾아냅니다.

포워드 평면은 "외부로 나가는" 논리 인터페이스로 향하는 논리 인터페이스 위에서 수신된 패킷을 보내는 실제 과정을 담당합니다.

라우터(router)의 명사형 route는 ‘길’이라는 의미입니다. 단순히 다른 네트워크를 연결해줄 뿐만 아니라 적절하고도 효율적인 길을 알려주는 역할까지 하는 장비이기 때문입니다. 집에서 케이블 TV 서비스를 신청하면 케이블 TV 기사님께서 공유기를 설치해 주시는 것을 볼 수 있습니다. 이 공유기가 바로 라우터의 일종입니다. 이를 이용하면 집에서 사용하는 네트워크와 네이버, 다음 등에 접속하는 네트워크를 연결할 수 있습니다.

 

또 다른 예를 들어 보다. 다른 나라로 여행을 갈 때면 인터넷에 쉽게 접속하기 위해 휴대용 와이파이 기기를 빌려 가기도 합니다. 이때에는 휴대용 와이파이 기기가 라우터의 역할을 합니다. 외국에서도 쉽게 인터넷에 접속할 수 있도록 라우터가 조정자의 역할을 해 주는 것입니다.

 

다음으로 ethernet hub에 대해 알아보겠습니다.

이더넷 허브(ethernet hub:망 집선기)는 이더넷 네트워크에서 여러 대의 컴퓨터, 네트워크 장비를 연결하는 장치입니다.

한대의 허브를 중심으로 여러대의 컴퓨터와 네트워크 장비가 마치 별 모양으로 서로 연결되며, 같은 허브에 연결된 컴퓨터와 네트워크 장비는 모두 상호 간에 통신할 수 있게 됩니다.

허브에 라우터나 Layer3 스위치 등의 장비가 연결되어 있으면 이를 통해 더 높은 계층의 네트워크(WAN, MAN 등)과도 연결이 가능해집니다.

허브로 연결된 네트워크에서는 한 컴퓨터에서 주고받는 데이터가 같은 허브에 연결된 다른 모든 컴퓨터에 전달되고, 따라서 연결된 컴퓨터의 개수가 많아질 수록 네트워크에서 충돌(collision)이 많아지고 속도가느려지기 때문에 문제를 해결하기 위해 최근에는 데이터를 필요로 하는 컴퓨터에만 전송하는 이더넷 스위치 장비를 많이 사용합니다.

 

그러면 허브와 라우터의 차이점이 무엇인지 알아보겠습니다.

네트워크 장비의 개념은 예전엔 라우터, 허브, 게이트웨이가 각각의 하드웨어적으로 구분이 되었지만, 현재는 모두 통합되고 소프트웨어적으로 구분이 된 상태입니다. 따라서 예전의 용어에 대한 개념이 좀 바뀌어야 하는데 아직도 예전의 방식을 고수하는 경향이 있어 용어적인 구분은 쉽지 않습니다. 지금은 모두 통합된 장비가 쓰이기 때문입니다.

라우터는 라우터와 게이트웨이의 병합으로 구성되며 인터넷 네트워크로 가는 출입구를 의미합니다.

라우터와 게이트웨이의 역할을 세분하게 되면 다르지만, 현재 함께 묶여있으므로 라우터라는 장비는 네트워크와 네트워크를 연결해 주는 부분을 담당하고 게이트웨이는 인터넷 상의 데이터 출입구입니다.

최근 장비들은 스위치와 라우터와 게이트 웨이 일체형 장비가 주로 나옵니다.

공유기는 라우터와 허브의 기능을 모두 갖춘 소규모 가정용 기기 이며 한 개의 인터넷 회선을 여러대의 컴퓨터에서 사용가능 하도록 인터넷 회선을 나눠주는 장비입니다.

요즘은 와이파이 역할을 주로 공유기를 사용하지만, 근본적으로 공유기는 인터넷 회선을 나눠주는 장비입니다.  와이파이는 이렇게 인터넷 회선을 나눠줄 때 무선으로 회선을 나눠주는 부분을 말합니다.

네트워크 장비의 개념은 예전엔 라우터, 허브, 게이트웨이가 각각의 하드웨어적으로 구분이 되었지만, 현재는 모두 통합되고 소프트웨어적으로 구분이 된 상태입니다. 따라서 예전의 용어에 대한 개념이 좀 바뀌어야 하는데 아직도 예전의 방식을 고수하는 경향이 있어 용어적인 구분은 쉽지 않습니다. 지금은 모두 통합된 장비가 쓰이기 때문입니다.

 

다음으로 네트워크 스위치(network switch)에 대해 알아보겠습니다.

스위치는 이 기능을 수행하기 위해 각 컴퓨터의 고유한 MAC 주소를 기억하고 있어야 하며, 이 주소를 통해 어떤 데이터가 어디로 전송되어야 하는지 판단해야 하지만 스위치를 이용하는 경우도 대량의 동보 발송이나 스위치의 처리용량을 초과하는 데이터 흐름에 대해서는 취약할 수밖에 없으므로 커다란 네트워크의 경우는 VLAN(Virtual Local Area Network) 스위치나 라우터 등을 이용해 네트워크 자체를 분리해야 합니다.

스위치의 사용목적은 허브와 유사하지만, 스위치는 훨씬 향상된 네트워크 속도를 제공하며 이는 각 컴퓨터에서 주고 받는 데이터가 허브처럼 다른 모든 컴퓨터에 전송되는 것이 아니라, 데이터를 필요로 하는 컴퓨터에만 전송되기 때문에 가능. 따라서 허브처럼 병목 현상이 쉽게 생기지 않습니다. 또한 대부분의 스위치는 전 이중 통신방식(full duplex)을 지원하기 때문에 송신과 수신이 동시에 일어나는 경우 훨씬 향상된 속도를 제공합니다.

스위치는 이 기능을 수행하기 위해 각 컴퓨터의 고유한 MAC 주소를 기억하고 있어야 하며, 이 주소를통해 어떤 데이터가 어디로 전송되어야 하는지 판단해야 하지만 스위치를 이용하는 경우도 대량의 동보 발송이나 스위치의 처리용량을 초과하는 데이터 흐름에 대해서는 취약할 수밖에 없으므로 커다란 네트워크의 경우는 VLAN(Virtual Local Area Network) 스위치나 라우터 등을 이용해 네트워크 자체를 분리해야 합니다.

 

다음으로 네트워크 브릿지(network bridge)입니다.

네트워크 브릿지(network bridge: 망다리)는 OSI 모델의 데이터 링크 계층에 있는 여러 개의 네트워크 세그먼트를 연결해줍니다.

레이어 2 스위치는 브리지라는 용어와 같은 뜻으로 간헐적으로 사용되고, 브리지는 물리 계층에 있는 네트워크 세그먼트를 연결해 주는 장치인 리피터, 네트워크 허브와 비슷하지만 브리지를 사용하면 단순히 주변 네트워크 세그먼트로 다시 전송한다기 보다는 특정 네트워크로부터 오는 트래픽을 관리하게 되며, 이더넷 망에서 "브리지"라는 용어는 공식적으로 IEEE 802.1D 표준을 따르는 장치를 뜻합니다.

브리지 작업이 OSI 모델의 데이터 링크 계층에서 이루어지므로 브리지는 브리지가 수신하는 각 프레임의 데이터로부터 정보를 처리, 이더넷 틀에서 이것은 프레임의 출발지와 도착지의 MAC 주소를 제공하고, 브리지는 두 가지 방식을 사용하여 MAC 주소가 가지는 네트워크 세그먼트를 결정합니다.

그러면 네트워크 스위치와 브릿지의 차이점이 무엇인지 알아보겠습니다.

일반적으로 알기에 브릿지와 스위치는 같은 장비라고 얘기하지만(두 장비 모두 Data Link Layer에 위치합니다), 엄연히 브릿지와 스위치는 다른 장비입니다. 브릿지의 경우 소프트웨어적으로 구현된 프레임을 사용하여 필터링을 하는 반면 스위치의 경우 하드웨어적으로 구현된 처리에 따라서 각종 동작을 구현한다는 점이 다르며, 이러한 특성의 차이가 장비의 속도나 신뢰성에 영향을 미치기도 합니다.
브릿지는 각각의 포트들이 같은 속도를 내는 반면에 스위치는 각기 다른 속도를 연결해 줄 수 있는 기능을 제공하며, 브릿지의 경우 10Mbps 의 장비인 경우 모든 포트는 같은 전송속도를 가지게 되나,  스위치의 경우 각기 다른 전송속도의 포트가 한 개의 장비에 같이 존재할 수 있는 이러한 특성 덕분에 스위치의 경우는 입력포트와 출력포트가 다른 속도를 가진다고 해도 서로 연결해 줄 수 있는 또 하나의 특징을 가지게 됩니다.

통상적으로 브릿지라고 불리는 장비는 2~3개의 포트를 가지는 경우가 대부분이나 스위치의 경우 몇 십에서 몇 백개 까지의 포트를 가지고 있습니다.

 

스위치의 경우 Cut-Through , Fragment-Free, Store & forwarding 방식을 사용하나, 브릿지의 경우 Store & forwarding 방식을 사용합니다. 

Cut-Through 방식은 스위치가 들어오는 프레임의 목적지 주소만을 본다음 바로 전송처리를 시작하는 방식, 최초 48 비트만을 보고 전송을 하기에 빠른 처리 능력을 보여준다는 장점을 가지고 있지만 프레임에 발생했을지도 모를 에러를 찾아내기가 어렵기 때문에 에러 복구 능력에느 약점을 지닙니다.

Store & Forwarding 방식은 스위치나 브릿지에 들어오는 전체 프레임을 받아 들인 다음 처리를 하는 방식입니다. 프레임을 모두 받아들이고 나서 이 프레임이 전체가 다 들어왔는지, 에러는 없는지 또 출발지와 목적지의 주소는 어디인지 파악해서 처리를 해주며, 이 때 에러가 발견되면 브릿지나 스위치는 프레임을 버리고 재 전송을 요구하게 됩니다. 이러한 특성 때문에 에러 복구능력이 뛰어나고 회선상에 에러가 자주 발생하거나 출발지와 목적지의 전송매체가 틀릴 경우 자주 사용되는 방식입니다.

Fragment-Free 방식은 앞의 두 가지 방식의 장점만을 받아들여 전체 프레임이 다 들어 올 때까지 기다릴 필요가 없다는 측면에서는 Cut-Through 방식을 닮았지만 처음 512비트 모두를 보기 때문에 에러 감지능력이 Cut-Through 에 비해서는 우수하다고 할 수 있다.

위에서 살펴본 네트워크 장비 이외에도 어마무시하게 다양한 장비들이 있으며, 간략하게 정리하면 다음과 같습니다. 

리피터

 - L1 장비입니다.

 - 전기적 신호 증폭용도로 사용됩니다.

 - LAN 길이를 연장, 접속장비수 증가등을 담당합니다.

허브

 - L1 장비입니다.

 - 전기적 신호 증폭용도로 사용됩니다.

 - LAN 길이를 연장, 접속장비수 증가하는 역할을 담당합니다.

 - UTP 케이블을 사용합니다.

 - 하프 두플렉스 동작을 수행합니다.

 - 허브에 접속된 장비들은 하나의 충돌영역에 포함됩니다.

브릿지

 - L2 장비입니다.

 - 프레임 재생성 후 전송하는 역할을 담당합니다.

스위치

 - L2 장비입니다

 - MAC 테이블을 보유하고 있습니다.

 - 포트당 하나의 충돌영역을 갖습니다.

 - 브로드캐스트 트래픽 증가에 따른 네트워크 성능저하를 해결하기 위해 VLAN을 사용합니다.

라우터

 - L3 장비입니다.

 - 병목현상 발생을 우려해야 합니다.

L3 스위치

 - L3 장비입니다.

 - 병목현상 해소의 역할을 합니다.

 - 라우터의 속도한계 개선, VLAN간의 고속 라우팅을 수행합니다.

다양한 네트워크 장비를 이해하고 적재 적소에 도입하기 위해 기본적인 기능을 파악하고 있어야 할 것입니다.

많은 네트워크 장비를 도입하고자 고려하고 있는 SA분들에게 도움이 되었으면 합니다.

고맙습니다.