근거리 통신망 - 10Base2,5,T 와 연결장치(리피터,허브,브릿지 그리고 라우터)

안녕하세요!

오늘만 두번째 포스팅이네염 

이번 포스팅은, 근거리 통신망의 전통적인 이더넷 구현 형태에 대해서 알아보겠습니다.

전통적인 이더넷 구현 형태는 3가지가 있습니다.

1. 10Base5 ( 굵은 이더넷) : 전송 매체로 굵은 동축 케이블을 이용한 접속 형태.

2. 10Base2 (얇은 이더넷) : 전송 매체로 얇은 동축 케이블을 이용한 버스 접속 형태

3. 10BaseT ( 꼬임쌍선 이더넷) : 허브(Hub)에 꼬임 상선(Twisted Pair)으로 연결된 스타형 접속 형태.

요즘 굵은 이더넷과 얇은 이더넷은 볼 일이 거의 없습니다. 왜냐하면 요즘은 10BaseT를 많이 사용하기 때문이죠. (아프리카 같은 곳에 자원봉사 하러 가면 볼 수도 있을겁니다)

10Base5(Thick Ethernet) - 1988년대에 많이 사용.

- 버스 토폴로지

- Thick Cable(RG-8) 사용

- 각 세그먼트는 최대 500m까지만 통신이 가능.

- 버스를 최대로 연결할 수 있는 길이는 2500m이다.

- 각 스테이션(PC)은 2.5m이상 떨어져야 함.

-> 각 각의 10Base5 선은 500m까지만 지원이 가능합니다. 그래서 각각의 10Base5를 연결하기 위해서는 리피터를 사용했습니다.

10Base2 (Thin Ethernet)

- 버스 토폴로지.

- Thin Cable(RG-58)사용

- 10Base5보다 설치가 쉽고 비용 저렴

- 최대 거리는 185m ( 10Base5 보다 짧음 ) - 약 200m라 외우시면 됩니다!

10BaseT

- 가장 널리 사용되는 방식

- UTP 케이블 사용

- 스타형 구조(허브나 스위치 사용)

- 최대 거리 100m

- RJ-45 커넥터 이용 ( RJ-45는 랜선에 있는 캡 이름임)

- 설치가 용이.

10BaseT의 연결 방법!

연결장치.

인터넷 구성

1. LAN과 WAN으로 구성 

-> Lan이 모여서 인터넷이 되고, 인터넷을 묶어주는애가 WAN

2. 다음의 연결 장치 필요 

-> 리피터(Repeater), 허브(Hub), 브리지(Bridge), 라우터(Routher), 스위치(Switch)

얘들을 구분하는 기준은 OSI7계층으로 구분합니다.

Repeater는 1계층만 갖는 놈입니다.(허브라고도 부릅니다)

Bridge는 1,2계층을 갖는 놈입니다.(보통 브릿지는 포트가 2개입니다. 포트가 여러개 인 것은 2계층 브릿지- swtich라고도 합니다!)

Router는 1,2,3계층을 다 갖는 놈 입니다. ( 하드웨어적으로 가까운 얘를 3계층 스위치라고도 하죠! )

Repeater : 물리계층에서만 동작하는 장치입니다! 거리가 멀어지면 신호가 약해집니다. 네트워크 내에서 정보를 전달하는 신호는 신호의 감쇠가 데이터 무결성을 훼손하기 전까지는 고정된 거리를 이동할 수 있습니다. 리피터는 신호가 너무 약하게 되거나 훼손되기 전에 신호를 수신하여 원래의 비트 형태로 재생(위 그림이 참고)합니다. 그런 다음 리피터는 새롭게 생성된 신호를 전송합니다. 과거에는 이더넷 LAN이 버스형 접속형태를 이용할 때 동축케이블의 길이 제한을 극복하기 위해 LAN의 두 세그먼트를 연결하는데 사용되었습니다. 그러나 오늘날 이더넷 LAN은 성형 접속형태를 이용합니다. 성형 접속형태에서 리피터는 허브(Hub)라는 다중포트 장치입니다. 

일상 생활에서 거리가 멀어지면, 멀리 있는 사람이 제 이야기를 못 듣는 것과 같죠! 그러면, 멀리 있는 사람에게 제 이야기를 들려주기 위해서는 중간에 제 말을 전달해 줄 사람이 필요합니다. 위의 그람과 같이 repeater는 그런 역활을 하죠!

1. 물리 계층에서만 동작하는 장치.

2. 거리가 멀어지면 신호 감쇠(신호 약화)발생

3. 신호 감쇠는 데이터 손상의 요인

4. 약화된 신호를 원래 크기로 증폭하는 기기

-> 리피터는 연결할 수 있는 팔이 2개입니다(서로 다른 두 기기만 연결할 수 있음 팔이 많아지면 허브라 부름.)

5. 리피터는 LAN 세그먼트를 연결(10Base5에서 사용)

6. 필터링 기능이 없어서 모든 패킷을 전송( 이게 단점 입니다! )

허브(Hub) - 트리구조로 엄청 많이 연결할 수 있다. 

1. 다중 포트 리피터 ( 10BaseT 등에서 사용)

- start형 포톨리지에서 다 들어오는 놈이다.

Cost가 낮으며 성능면에서 엄청 떨어진다.(다른 놈이 사용할 경우 성능이 급격히 떨어진다)

만약  A라는 컴퓨터가 B에게 데이터를 전송하게 되면, 같은 허브에 연결되어 있는 다른 컴퓨터들은 데이터를 동시에 수신할 수 있습니다.

리피터는 모든 비트를 내보내지만 필터링 기능을 갖고 있지 않습니다.(해당 그림 참조!)

허브나 리피터는 물리 계층 장치입니다. 이들은 데이터링크 주소를 가지고 있지 않고, 수신된 프레임의 데이터링크 주소를 확인하지 않는다. 단지 훼손된 비트를 재 생성하여 모든 포트로 내보내기만 합니다.

브릿지(Bridge)

브릿지(bridge)는 물리 계층과 데이터링크 계층에서 동작합니다. 물리 계층 장치로써 수신하는 신호를 재생합니다. 데이터링크 계층 장치로는 프레임 내에 포함되어 있는 프레임의 발신지,목적지 물리주소(MAC address)를 검사할 수 있습니다. 주소를 검색하여 필터링 기능을 제공합니다.( 브릿지 테이블 관리 수행 -> 인터페이스와 호스트 주소를 관리하는 테이블 )  - 아 ! 그냥 브릿지에는 학습 능력이 없습니다!

브릿지도 Repeater처럼 LAN 세그먼트를 연결합니다.

포트를 2개 갖고 있으며 필터 기능이 없는것(1계층) -> 리피터 | 브릿지 <- 포트를 2개 갖고 있으며 필터 기능이 있는것(1,2계층)

필터링 : 브리지와 리피터의 기능이 무엇이 다른가 하는 질문이 있을 수 있습니다! 브릿지는 필터링(filtering)기능을 가지고 있습니다. 브리지는 프레임의 목적지 주소를 검사하여 그 프레임을 어느 포트로 내보내야 하는지를 결정합니다.

브릿지는 필터링 결정에 사용되는 테이블을 가지고 있습니다.

브릿지도 팔이 두개뿐이 없습니다.

투명브릿지 ( Transparent Bridge)

- 오늘날의 브리지로 학습 브릿지라 한다.

- 초기에는 테이블이 비어있다가 프레임 송 수신을 통하여 인터페이스와 호스트 주소를 학습하여 테이블을 관리한다.

요즘 대세인 인공지능이 대중화 되었다고 생각해 보자!

인공지능이 공장에서 생성이 되어서 우리 집으로 배송이 딱 완료된 상황이라 가정하면!!! 배송이 막 완료된 인공지능은 머리속이 비어져 있죠?! 이 인공지능은 앞으로 행동하기 위하여 모든것을 학습해야 합니다.( A가 B에게 전송한다. C가 D에게 전송한다 이런식으로!)

이것을 학습하기 시작하면, 브릿지는 A,B가 내 왼쪽에 있구나! 라는걸 인식하게 되고, C,D는 내 오른쪽에 있구나! 이런것을 학습하게 됩니다.

이것이 계속적으로 학습하게 되면, 신호가 서로 넘어가지 않도록 합니다.(성능이 업그레이드 됩니다) 서로 넘어가지 않는 다는 것은 필터링이 되었다는 뜻이고, 서로 자신의 구역에서만 통신이 이루어 졌다는 뜻이고, A,B가 대화 하는 것은 C,D는 듣지 못한다는 뜻 입니다.

초창기 브릿지는 정적인 전달 테이블을 가지고 있었습니다. 시스템 운영자가 브릿지를 설치할 때 각 테이블 항목을 직접 손으로 입력했습니다. 이 과정은 간단했지만 실용적은 아닙니다. 새로운 컴퓨터가 추가되거나 컴퓨터 하나가 제거될 때 테이블은 다시 운영자가 수작업으로 변경해야 했기 때문이죠. 만약 한 컴퓨터의 MAC주소가 변경되면 마찬가지로 같은 상황이 발생하는데, MAC주소의 변경은 드문 일이 아니였기 때문에 큰 문제는 되지 않았죠.

정적 테이블보다 더 좋은 해결 방법은 주소를 포트로 자동적으로 변환해주는 동적 테이블입니다. 테이블이 동적으로 만들려면 프레임들의 이동을 보고 점차로 배워가는 브릿지가 필요합니다. 이 일을 하기 위해서는 브릿지는 목적지와 추발지 주소를 둘 다 조사해야 합니다. 목적지 주소는 테이블 확인(table lookup)을 이용하여 프레임 전달 방향을 결정하는 데 사용되며, 출발지 수소는 테이블에 새로운 항목을 추가하거나 변경하는 데 사용합니다.

(학습 브릿지)

1. 컴퓨터 A가 프레임 하나를 컴퓨터 D로 전송할 때, 브릿지는 A,D의 항목을 갖고 있지 않습니다. 이 프레임은 세 포트에 모두 전송되는 , 즉 네트워크에 플러딩(flooding)을 하게됩니다. 그러나 출발지 주소를 보고 브릿지는 컴퓨터 A가 1번 포트에 견결된 LAN에 있다는 것을 배웁니다. 이것이 의미하는 것은 A로 가는 프레임들은 다음부터는 포트 1를 통하여 전송된다는 것을 배웁니다. 브릿지는 이 항목을 테이블에 저장하여 첫 번째 항목이 되게 합니다.

2. 컴퓨터 D가 프레임 하나를 컴퓨터 B로 보낼 때 브릿지 B에 대한 항목이 없으므로 브릿지는 이 프레임을 또 네트워크에 플러딩 하고 테이블에 항목 하나를 추가하죠.

3. 이 학습은 테이블이 모든 포트에 대한 정보를 가질 때 까지 계속 됩니다.

그렇지만 이 학습 과정이 오랜 시간이 걸릴 수 있습니다. 예를 들자면, 만약 어떤 컴퓨터가 프레임을 전혀 보내지 않는다면(거의 없다는 거죠!) 이 컴퓨터는 테이블에 항목을 가질 수 없습니다. 투명하다는 뜻은 안 보인다는 뜻 입니다. 유리를 정말 깨끗히 닦아놓으면, 유리가 있는지 없는지 모릅니다. 이것이 투명한것이죠!

예를 들면, 우리 입장에서 인공지능이 투명한 것 입니다. 인공지능이 부팅 되서 얼마나 학습이 되었는지 신경쓸 필요가 없습니다. 그냥 저희 인간끼리 대화를 하면 인공지능이 알아서 학습을 하는 것 이죠. ( 우리는 인공지능을 전혀 생각할 필요가 없어집니다 )  이해됬나염?

음~ 브릿지지는 2계층 교환기 이죠?( 2계층 switch라고도 부르며, 원래의 브릿지는 포트가 2개가 있습니다. 포트를 여러개로 늘린것을 2계층 브릿징 스위치 , 2계층 스위치라 부릅니다 )

교환기는(switch)라는 용어를 사용하면 스위치가 두 가지 서로 다른 의미를 가지므로 조심해야 합니다. 이 용어는 장비가 동작하는 계층에 추가하면 명확해 질 수 있습니다. 교환기는 2계층 교환기와 3계층 교환기가 있습니다. 2계층 교환기는 물리 계층과 데이터링크 계층에서 동작하는데 보다 빠른 포워딩 기능을 갖는 브릿지가 됩니다.

라우터.

라우터는 1,2,3계층까지 커버하는 장비입니다. 라우터는 IP주소를 쳐다보게 됩니다. ( 브릿지는 물리 계층 주소를 쳐다봅니다 ) , 라우터는 소프트웨어 적인 프로그램이라 생각하면 됩니다. 라우터(router)는 물리 계층, 데이터링크 계층, 네트워크 계층에서 동작하는 3계층 장치입니다.. 물리 계층 장치로써, 수신한 신호를 재생하고. 데이터링크 계층 장치로써, 패킷 안에 포함된 물리 주소 ( 발신지와 목적지 ) 를 검사합니다. 네트워크 계층 장치로써 라우터는 네트워크 계층 주소 ( IP 계층의 주소 ) 를 검사한다. 브리지는 충돌 도메인을 변경하지만 라우터는 브로드캐스트 도메인을 제한한다.

라우터는 3계층(물리 계층, 데이터링크 계층, 네트워크 계층)장치이다.

라우터는 LAN들을 연결할 수 있으며 WAN들을 연결할 수 있고 LAN과 WAN을 연결할 수도 있습니다. 즉, 라우터는 네트워크 간 연결장치로, LAN과 WAN을 서로 연결할 수 있습니다. 라우터는 인터네트워킹 형태로 독립적인 네트워크를 연결하는 인터네트워킹 장치입니다. 이 정의에 따라 라우터로 연결한 두 개의 네트워크(LAN과 WAN)은 네트워크 또는 인터넷으로 연결이 됩니다.

리피터 또는 브리지는 LAN의 세그먼트를 연결합니다. 라우터는 인터네트워크(인터넷)을 구성하기 위해 독립적인 LAN 또는 WAN을 연결합니다.

라우터는 인터네트워크(인터넷)를 구성하기 위해 독립적인 LAN또는 WAN을 연결합니다.

라우터와 리피터 또는 브릿지는 세 가지의 중요한 차이가 있습니다.

1. 라우터는 각 인터페이스를 위한 물리,논리(IP) 주소를 가지고 있습니다.

2. 라우터는 물리적 목적지 주소가 패킷이 도착하는 인터페이스의 주소와 일치하는 패킷에서만 동작한다.

3. 라우터는 패킷을 전달할 때, 패킷(발신지와 목적지)의 물리 주소를 변경한다. - (앞 포스팅에서 말 했다 싶이, 서로 연결되어 있는 두개의 장치에서는 다른 프로토콜을 사용할 수 있기 때문에, 변환해 주는 작업도 필요합니다.)

1계층 - 리피터 (팔이 많아지면 허브)

2계층 - 1,2계층을 더해준 놈! 필터링 해주는애! 브릿지! 요즘은 스타형으로 팔이 많은놈을 쓰는데 이놈을 2계층 스위치라 한다! ( 보통 포트가 2개지만 많아지면 스위치!)

3계층 - 소프트웨어적으로 3계층까지 갖고 있는놈을 라우터라 하는데, 이것을 속도를 향샹시키기 위하여 하드웨어 화 한 것이 3계층 스위치 입니다.

3계층 스위치는 더 좋은 성능을 제공하기 위해 설계를 개선한 라우터 입니다. 3계층 교환기는 기능은 동일하지만 전통적인 라우터보다 더 빠르게 패킷을 수신하고, 처리하고 전송할 수 있습니다.

라우터는 패킷의 물리 주소를 변경합니다.

집에 있는 허브는 다중 포트 리피터 입니다.

다중 포트를 브릿지는 2계층 스위치 입니다.

이 포스팅은 TCP/IP프로토콜 제 4판(McGraw-Hill Korea 출판사)를 기반으로 작성되었습니다.