이더넷 Ethernet

1 계층 장비 : 리피터, 허브

2 계층 장비 : 브리지, 스위치

3 계층 장비 : 라우터, L3 스위치

 

현재 리피터는 허브에게 브리지는 스위치에게 그 역할을 물려주고 퇴장한 장비들이다.

 

L2 스위치는 그 하위 레이어 장비인 허브의 기능을 모두 포함하고 있으며, L3 스위치는 L2 스위치의 기능을 모두 포함하고 있다.

따라서 허브 대신에 L2스위치나  L3스위치를 사용할 수 있으며, L2 스위치 대신에 L3스위치를 사용할 수 있다. 문제는 상위 계층의 장비일수록 가격이 비싸다.

 

1계층 장비 : 리피터, 허브

리피터와 허브는 상위 계층에서 사용하는 MAC주소나 IP주소를 이해하지 못하고 단순히 전기적인 신호만 증폭시키는 역할을 한다. 따라서 이 장비들을 물리계층 즉, 레이어 1장비라고 한다.

 

- 허브 -

전기적인 신호를 증폭시켜 LAN의 전송거리를 연장시키고, 여러대의 장비를 LAN에 접속할 수 있도록 한다. 특히 허브는 10Base-T 나 100Base-T처럼 UTP 케이블을 사용하는 환경에서 장비들을 상호 연결시키는 콘센트레이터 역할도 함께 제공한다.

 

LAN에서 주로 사용되는  UTP케이블은 최대 전송거리가 100미터이다.

허브는 한 장비에서 전송된 데이터 프레임을 허브로 연결된 모드 장비에게 다 전송하며 이를 플러딩(flooding)이라고 한다.

플러딩을 하게 되면 충돌이 많이 발생하여 하나의 허브에 많은 장비를 연결할 수 없다.

보안성도 떨어진다.

하프 두플렉스로만 동작하기 때문에 이더넷 프레임의 충돌이 발생할 가능성이 높고, 네트워크의 성능도 떨어진다.

 

허브에 접속된 모든 장비들은 하나의 충돌 영역(collision domain)에 있따고 한다.

이것은 복수개의 허브를 사이에 둔 장비들도 마찬가지 이다.

 

- 브리지 -

허브와 마찬가지로 이더넷 장비를 물리적으로 연결시키고, 프레임의 전송거리를 연장시켜 준다. 그러나 단순히 전기적인 신호를 증폭 시키는 것이 아니라 프레임을 다시 만들어 전송한다.

이더넷의 MAC 주소를 보고 프레임 전송 포트를 결정하므로 레이어 2 장비라고 한다. 전송거리 연장을 위하여 두 이더넷 장비간에 둘 수 있는 허브의 수량은 10Mbps 이더넷에서는 4개, 패스트이더넷에서는 2개 등으로 제한되어 있다. 그러나, 두 이더넷 장비간에 둘 수 있는 스위치의 수량은 제한이 없다.

 

브리지는 그 역할을 스위치에게 물려주고 지금은 사용되지 않는다.

 

- 스위치 -

브리지와 스위치는 MAC 주소와 포트 번호가 기록된 MAC 주소 테이블을 가지고 있어, 목적지 MAC주소를 가진 장비가 연결된 포트로만 프레임을 전송한다.

 

허브는 한 포트에서 수신한 프레임을 모든 포트로 전송하여 다른 포트가 프레임을 전송할 때 충돌이 일어날 수 있다. 그래서, 허브는 모든 포트가 동일한 충돌영역에 있다.

그러나, 스위치에서는 한 포트에서 전송된 프레임이 MAC주소 테이블에 있는 특정 포트로만 전송되기 때문에 다른 포트가 전송하는 프레임과 충돌이 일어나지 않으며, 이것을 일컬어 '스위치는 각각의 포트가 하나의 충돌영역에 있다'고 한다.

 

스위치를 사용하면 프레임 충돌이 감소하여 네트워크 성능이 향상되고, 보안성도 좋아진다. 요즈음은 스위치가 발전하여 MAC 주소뿐만 아니라 레이어 3,4,5,6,7 등 상위 계층의 정보도 함께 참조하여 스위칭 결정을 하는 제품들이 많다.

MAC 주소만 참조하여 스위칭 시키는 제품들을 L2 스위치라고 한다.-> 보통 그냥 스위치라고 부른다.

 

스위치는 프레임의 목적지 MAC주소가 브로드캐스트일 때, 수신한 프레임을 모든 포트로 전송하며, 이것을 플러딩이라고 한다. PC에서 사용되는 많은 통신용 프로토콜들이 브로드캐스트 프레임을 사용하기 때문에, 스위치에 접속된 장비가 많아질수록 브로드캐스트 트래픽도 증가하고, 이로 인한 네트워크의 성능저하가 심각해진다.

 

이를 해결하기 위하여 VLAN 이 도입된다.

동일한 스위치라도 VLAN이 다르면 브로드캐스트 프레임이 차단되어 브로드캐스트 프레임의 플러딩으로 인한 성능저하와 보안성 문제를 해결할 수 있다.

 

라우터

 

라우터와 L3 스위치는 IP주소 등 3계층 헤더에 있는 주소를 참조하여 목적지와 연결되는 포트로 패킷을 전송한다. 따라서, 라우터와 L3 스위치를 레이어 3장비라고 한다. 서브넷이 다른 IP주소를 가진 장비간에 통신이 이루어지려면 반드시 레이어 3 장비를 거쳐야만 한다.

 

라우터는 네트워크 주소가 서로 다른 장비들을 연결할 떄 사용한다. 또, 원격지에 위치한 네트워크들을 연결하는 경우가 많다. 최근에는 장거리 전송이 가능한 이더넷 기술이 발달하여 원격지의 LAN을 스위치를 이용하여 직접 연결하는 경우도 많다.

요즈음은  LAN에서 VLAN을 사용하는 경우가 많고, VLAN 간의 라우팅을 위하여 L3 장비가 필요하다.

동일한 VLAN 에 소속된 장비들끼리 통신할 때는 라우터가 필요 없지만, VLAN 이 서로 다른 장비들간의 통신은 L3 스위치, 라우터 등 L3 장비를 통해야만 가능하다.

 

서로 다른 VLAN 간의 통신을 위해서는 레이어 3 장비가 필요하다..

 

그러나, 이처럼 VLAN 간의 라우팅을 위해서 일반적인 라우터를 사용하면 라우터에서 병목현상이 발생하여 전체 네트워크의 성능을 저하시킬 수 있어 주로 L3 스위치를 사용한다.

 

L3 스위치

 

전통적인 라우터의 속도 한계를 극복하고, VLAN 간의 고속 라우팅을 위해서 라우팅 기능을 가진 스위치를 사용하는 경우가 많으며, 이런 장비를 레이어 3 스위치 또는 줄여서 L3 스위치라고 한다.

 

L3스위치는 동일한 VLAN 포트간에는 스위칭 기능을 제공하고, 서로 다른 VLAN 포트간에는 라우팅 기능을 제공한다. 전통적인 라우터와 비교하면, 라우팅 속도가 훨씬 빠른 반면, 장거리 통신망을 연결하는 포트가 없는 것이 많다