허브와 스위치
통신매체를 통해 호스트끼리 메시지를 전달하는 과정에서 네트워크 장비를 거칠 수 있다. 대표적인 네트워크 장비로 물리계층에는 허브가 있고, 데이터 링크 계층에는 스위치가 있다.
허브는 현대에선 많이 사용되지 않는 기기이지만, 스위치의 특징을 이해하기 위해서 알아보자.
주소 개념이 없는 물리 계층
물리계층에는 주소 개념이 없다. 때문에 송수신되는 정보에 대한 어떠한 조작이나 판단을 할 수 없다.
하지만 데이터 링크 계층에는 주소 개념이 있다. MAC 주소가 여기에 속하는데, 이 주소를 통해서 송수신되는 정보에 대한 조작이나 판단을 할 수 있다.
허브
허브는 물리 계층의 네트워크 장비로, 여러 대의 호스트를 연결하는 기능을 한다. 리피터 허브(repeater hub)라고도 불리고, 이더넷 네트워크의 허브는 이더넷 허브(Ethernet hub)라고도 불린다.
허브는 포트를 통해서 호스트와 통신매체를 연결할 수 있다.
허브는 전달받은 신호를 다른 모든 포트로 그대로 보낸다. 이는 허브가 주소를 알 수 없어서, 어느 장치가 받아야 할지 모르기 때문에 무조건 다른 모두에게 보내는 것이다.
허브로부터 메시지를 수신받은 호스트는 데이터 링크 계층에서 패킷의 MAC 주소를 확인하고 자신과 관련 없는 주소는 폐기한다.
허브는 반이중(half duplex) 모드를 사용한다. 반이중 모드는 송수신을 번갈아 가면서 하는 통신 방식이다. 때문에 호스트는 송신 혹은 수신만 가능하고, 동시에 송수신을 하는 것이 불가능하다.
💡 허브 이외의 물리 계층의 장비로 리피터(repeater)라는 장치가 있다. 리피터는 전기 신호의 전송 거리가 길어져서 신호가 감소하거나 왜곡되는 경우를 막기 위해 신호를 증폭시켜 주는 장비이다. 허브는 이러한 리피터의 기능을 포함하는 경우가 많다.
콜리전 도메인
허브는 반이중 통신을 지원한다. 즉 한 호스트가 허브에 송신하는 동안 다른 호스트는 기다려야 한다. 만약에 동시에 송신을 하게 된다면 충돌(collision)이 발생한다. 허브에 호스트가 많이 연결되어 있을수록 충돌 발생 가능성이 높다.
이렇게 충돌이 발생할 수 있는 영역을 콜리전 도메인(collision domain)이라고 한다. 허브에 연결된 모든 호스트는 같은 콜리전 도메인에 속한다.
콜리전 도메인은 작을수록 충돌이 발생할 가능성이 줄어든다. 허브의 넓은 콜리전 도메인으로 인한 충돌 문제를 해결하려면 CSMA/CD 프로토콜을 사용하거나 스위치 장비를 사용해야 한다.
CSMA/CD
CSMA/CD는 반이중 통신방식의 충돌 문제를 해결하기 위한 프로토콜이다.
CSMA/CD는 Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection의 약자이다. 복잡해 보이지만 차근차근 보면 어렵지 않은 개념이다.
- Carrier Sense 캐리어 감지 : 메시지를 보내기 전에 현재 네트워크상에서 전송 중인 것이 있는지 확인한다. 현재 통신 매체의 사용 가능 여부를 검사하는 것을 캐리어 감지라고 한다.
- Multiple Access 다중 접근 : 복수의 호스트가 네트워크에 접근하려는 상황을 다중 접근(Multiple Access)이라고 한다.
- Collision Detection 충돌 검출 : 충돌이 발생하면 이를 검출하는 것을 충돌 검출이라고 한다. 충돌을 감지하면 전송이 중단되고, 충돌을 검출한 호스트는 다른 이들에게 충돌했음을 알리는 신호인 잼 신호(jam signal)를 보낸다. 이후 임의의 시간 동안 기다린 뒤에 다시 전송한다
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