Network | Networking Fundamentals & Devices

1. 계층별 사용 장비

1. Physical Layer : 인접 장비 간 적용되는 물리적 protocol(신호 변환 방식, 속도, LAN에 사용되는 connector 및 cable 종류 등)을 정의

- 모든 장비들의 collision domain, broadcast domain, bandwidth 동일함

 

1) Repeater

- cable 전송으로 약화된 신호를 초기화, 증폭, 재전송의 기능을 수행 (retime, regenerate)

- 리피터와 허브는 상위 계층에서 사용하는 MAC 주소나 IP 주소를 이해하지 못하고 단지 전기 신호만을 증폭시키는 역할을 함

- 리피터보다는 허브를 주로 사용

2) Hub

- 주 기능은 신호의 재생과 동기, 집중화기(Concentration) 역할

- 스타 토폴로지 같은 네트워크의 중심에서 리피터 대신 사용하는 장치

- Network traffic의 filtering 기능 없음, Best Path 지정 불가

- LAN segment들을 연결하여 전송거리를 연장시키고 여러 대의 장비가 LAN에 접속할 수 있도록 함 (multiport repeater)

- 전송된 패킷을 수신하면 수신 포트를 제외한 모든 포트에 연결된 LAN segment로 패킷 전달 (flooding)

 ex) 100Mbps 허브에 20대의 PC를 연결 -> 실제 속도는 각 5Mbps

- 사용 이유 : 매체 배선을 위한 중앙 집중장치, 네트워크의 신뢰도 향상

- 한계 : 모든 PC들이 하나의 Collision Domain 안에 있기 때문에 어느 한 순간에는 한 PC만이 데이터 송신 가능

* 종류

- Active – 일반적인 허브로 전원을 공급받고 신호를 재생 / Passive – 단순히 전송할 신호의 분리 기능만 수행, bit 재생을 할 수 없어 케이블 연장 불가(신호 감쇄 초래)

- Intelligent – Console ports가 있어 network traffic 관리할 수 있게 설정 가능, 프로세서가 내장되어 있는 어느 포트에서 에러가 발생하는지 감지 가능 / Dummy – 어떠한 특별한 관리 능력 없이 신호 재생, 동기화, 분리하여 모든 포트에 전송하는 기능만 있음

 

2. Data Link Layer : MAC Address 사용 계층

- 브리지와 스위치도 허브와 마찬가지로 Ethernet 장비를 물리적으로 연결하고 Frame의 전송 거리를 연장함

- MAC address와 해당 장비의 Port 번호가 기록된 MAC address Table을 보고 목적지에게만 Frame을 전송함

- 브리지보다는 스위치를 주로 사용함

- Learning : 자신의 포트에 연결된 PC가 통신을 위해 frame을 내보내면 MAC address를 자신의 MAC address Table에 저장
  Flooding : 들어온 포트를 제외한 다른 모든 포트로 뿌림
  Forwarding : 목적지의 MAC address를 자신의 Table에 가지고 있고, 목적지가 다른 segment에 존재하는 경우 발생함
  Filtering : 출발지와 목적지가 같은 segment상에 있는 경우, 즉 브리지를 건너가지 않아도 통신이 일어날 수 있는 경우 발생함
  Aging : 출발지의 MAC address를 Bridge Table에 저장함, 저장 시간은 30초

 

1) Bridge

- 단순히 전기적 신호만을 증폭시키는 것이 아니라 Frame을 다시 만들어서 전송함

- L2 주소인 MAC address를 보고 Frame 전송 포트를 결정

- Hub와 다르게 Collision Domain 분할 가능

 

2) Switch

- 데이터의 전송을 보다 효율적으로 운용하기 위해 접속을 집중시키는 장치 (connectivity concentration)

- 기능 : forwarding, filtering, flooding

- 한 포트에서 전송되는 Frame이 MAC address Table에 있는 특정 포트로만 전송하기 때문에 다른 포트가 전송하는 Frame과의 충돌이 발생하지 않음

- Multicast, Broadcast, 목적지를 모르는 Unicast를 수신할 경우 수신 포트를 제외한 모든 포트로 flooding

 *  Hub와의 비교

Hub	Switch
모든 포트가 Collision Domain 동일	포트별로 Collision Domain 분할
한 번에 한 노드만이 송신 가능	여러 개의 노드에서 동시 통신 가능
비교적 저렴함, 모든 장비가 한 곳으로 향하는 경우 효율적	Hub가 처리할 수 없는 Collision 문제의 해결이나 error 처리 능력 우수함

 

 

3. Network Layer : IP address(논리적 주소) 사용 계층

- L3 header에 있는 Network Addresses를 참조하여 목적지와 연결되는 port로 packet 전송(IP protocol 사용)

- 다른 네트워크(LAN) 구간의 장비와 통신을 하려면 반드시 L3 장비를 거쳐야 함

- Ethernet, Token-Ring, and FDDI와 같은 서로 다른 L2 Technologies를 상호 연결하여 사용할 수 있음

- 거대한 네트워크에서의 traffic 조절 기능 수행 (Broadcast Domain 분할)

 

1) Router

- 특정 인터페이스를 통하여 수신한 packet의 목적지 IP 주소를 보고 목적지와 연결된 인터페이스를 통하여 전송함 => ‘Routing’

- 라우터의 기본 기능은 경로 결정, 경로에 따른 packet 전송 (그 외에도 네트워크 보안, Qos 등)

- Multicast, Broadcast, 목적지를 모르는 Unicast를 수신할 경우, Frame 차단하여 전송을 막음

2) L3 Switch

- 전통적인 라우터 속도의 한계를 극복하고 VLAN 간 고속 라우팅을 위해 사용함

- 동일한 VLAN port 간에는 Switching 기능 제공, 상이한 VLAN port 간에는 Routing 기능 제공

- 라우터에 비하면 속도가 빠르지만 장거리 통신망을 연결하는 포트가 없는 것이 많음

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2. Cable

ex) 100BASE-T

- 100 : LAN speed (단위:Mbps) => 100Mbps

- BASE : Baseband용 cable (디지털 방식) <-> Broad : Broadband용 cable (아날로그 방식)

- T : Twisted pair cable (케이블 종류) 숫자일 경우에는 최대 통신 거리

 

1. Twisted-Pair

1) STP(Shielded Twisted Pair)

- cable 주위를 절연체로 감싸서 만든 것

- UTP보다 좀 더 비싸고 성능이 좋음

- 장점 : 모든 외부 간섭에서 탁월한 보호성을 가짐

- 단점 : 비용이 비싸며 UTP보다 설치가 까다로움

- 최대 전송 거리 : 100M

 

2) UTP(Unshielded Twisted Pair)

- 대표적인 LAN cable : UTP 케이블

- 장점 : 설치가 쉽고 다른 매체에 비해 저렴함, 작은 외부 직경

- 단점 : 다른 매체보다 외부 간섭과 전기적 간섭에 약함, Coaxial cable/ Fiber optic cable보다 전송거리가 짧음, 상대적으로 속도가 느림

- 최대 전송 길이 : 100M

* UTP 케이블 종류

 1) Straight-through cable (Direct cable) : A-A / B-B (B를 더 많이 사용함)

 2) Cross cable : A-B

Pair 1 Blue

Pair 2 Orange

Pair 3 Green

Pair Brown

T568A : (P) 3 3 2 1 1 2 4 4  -> 1,3,5,7+W -> WG G WO B WB O WBr Br

T568B : (P) 2 2 3 1 1 3 4 4  -> 1,3,5,7+W -> WO O WG B WB G WBr Br

 

 * UTP 케이블 구분

 - CAT 1 : 아날로그 음성(전화)에 사용, 데이터 전송에 적합하지 않음

 - CAT 2 : 4Mbps 데이터 전송 기능. 주로 Token Ring에 사용됨

 - CAT 3 : 10Base-T ethernet 네트워크에 사용. 10Mbps까지 데이터 전송 가능

 - CAT 4 : Token Ring에 사용됨. 16Mbps까지 데이터 전송 가능

 - CAT 5 : Fast ethernet 네트워크에서 사용됨. 100Mbps까지 데이터 전송 가능

 - CAT 6 : Gigabit ethernet 네트워크에서 사용됨. 1000Mbps(1Gbps)까지 데이터 전송 가능

 

 2. Coaxial (동축 케이블): ThinNet / ThickNet

- 중심은 도체, 도체 주변은 유연한 플라스틱 절연체

- 망 구조의 구리 혹은 금속 호일 절연체 -> cable 내에서 두 번째 전선 역할, 중심 도체와 외부 저항을 감소

- 장점 : STP나 UTP보다 더 긴 전송거리, 광케이블보다 저렴함

- 단점 : thicknet의 경우 크기 때문에 취급이 어려움, TP 케이블보다 설비가 비쌈

- 최대 전송 길이 : 500M

 

3. Fiber-Optic(광섬유 케이블) : Single / Multi mode

- 전기 신호보다 빛을 통해서 데이터를 전송하는 가장 효과적인 전송매체

- 장점 : 아주 높은 대역 용량 제공, 빛을 통한 전송으로 감쇄에 전혀 영향받지 않음, EMI의 영향을 받지 않고 내구성이 높음

- 단점 : 설치에 대한 어려움, 고가의 연결 장치 및 케이블