[네트워크] 허브, 스위치, 라우터, 공유기

■ 허브

허브는 전기적인 신호를 증폭시켜 LAN의 전송거리를 연장시키고, 여러 대의 디바이스를 연결해 네트워크를 만들어주는 장비이다. 쉽게 말해서 허브는 네트워크 환경에서 여러 개의 기기를 서로 연결하는 역할을 하는 장치이다. 포트는 허브에 따라 다양하며, 1개의 포트에 한 대의 디바이스가 할당된다.

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허브는 간단한 데이터 전달 기능을 제공하며, 주로 소규모 네트워크 환경에서 사용된다. 허브의 가장 큰 특징은 네트워크 내 모든 기기에 동일한 데이터를 전송한다는 것이다. 결과적으로 많은 충돌이 발생하여 하나의 허브에는 많은 디바이스를 연결할 수 없다. 동일한 이유로 보안성 또한 떨어진다. 이러한 구조로 인해 허브는 스위치나 라우터와 같은 고급 네트워크 장치에 비해 성능이 낮아, 현재는 많이 사용되지 않는다.

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허브는 OSI 모델의 물리계층(Layer 1)에서 작동한다. 이는 기기 간의 데이터 전송만을 담당하며, 허브는 데이터의 출발지와 목적지에 대한 정보를 알 수 없다. 따라서 허브는 네트워크 내 모든 기기에 데이터를 전송한다.

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허브는 크게 멀티포트와 리피터 두가지 기능으로 많이 사용된다.

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멀티포트는 한번에 많은 디바이스를 연결할 수 있는 기능으로, 만약 허브가 없다면 디바이스는 두 대만 연결 가능하다. 리피터 같은 경우에는 전기적인 신호를 증폭시켜 들어온 데이터를 재전송한다는 의미를 가지고 있다. 또한, 리피터 기능을 사용하면 LAN의 최대 전송거리도 연장되고, 접속할 수 있는 장비의 수도 많아진다. 허브는 IP를 할당하는 기능이 없고, 단순히 포트를 늘려주는 기능을 가진다.

■ 허브 구성

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■ 스위치

스위치는 네트워크 환경에서 여러 기기를 서로 연결하고, 효율적인 데이터 전송을 위한 역할을 수행하는 장치이다. 스위치는 OSI 모델의 데이터 링크 계층(Layer 2)에서 작동하며, MAC 주소를 기반으로 데이터를 전송한다. 이를 통해 네트워크 내 기기에게만 데이터를 전송하여 효율성을 높이고 데이터 충돌을 줄일 수 있다.

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스위치는 발전하여 MAC 주소뿐만 아니라 3, 4, 5, 6, 7 등 상위 계층의 정보를 함께 참조하여 스위칭을 결정하는 제품들이 많은데, 이런 스위치들과 구분하여 MAC 주소만 참조하여 스위칭하는 제품을 L2 스위치라고 한다. 보통 L2 스위치를 그냥 스위치라고 부르는 경우가 대부분이다.

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스위치는 자신에게 연결된 디바이스들의 MAC 주소와 포트가 기록된 MAC 주소 테이블을 가지고 있다. 따라서 프레임이 자신에게 오면 그 것의 목적지가 어디인지 파악하여 그 디바이스에게 프레임을 보내기 때문에 트래픽이 훨씬 효율적이다.

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또한, 스위치는 데이터의 전송 에러 등을 복구해주는 기능들을 가진다. 서버의 경우 사용자들이 많기 때문에 허브보다 스위치를 사용하는 것이 좋다.

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다만, 스위치는 자신의 테이블에 없는 목적지를 가진 패킷이 오면 해당 패킷을 연결된 모든 장치에 포워딩하는데 이 경우에는 허브와 동일한 동작을 한다.

■ 스위치 종류

(1) 관리 스위치

• 관리 스위치는 네트워크 설정을 변경하거나, 기기 간의 통신을 제어할 수 있는 기능을 제공한다. 일반적으로 기업 환경에서 사용되며, 보안 및 성능 최적화를 위해 사용된다.

(2) 비관리 스위치

• 비관리 스위치는 사용자가 설정을 변경할 수 없는 간단한 스위치이다. 주로 가정이나 소규모 네트워크에서 사용되며, 가격이 저렴하고 설치가 간단하다.

(3) 기가비트 이더넷 스위치

• 기가비트 이더넷 스위치는 1Gbps(1000Mbps)의 전송 속도를 지원하는 스위치이다. 고속 인터넷 환경과 대용량 데이터 전송이 필요한 네트워크에서 사용된다.

(4) 10기가비트 이더넷 스위치

• 10 기가비트 이더넷 스위치는 10Gbps(10000Mbps)의 전송 속도를 지원하는 고성능 스위치이다. 대규모 네트워크와 데이터 센터에서 사용되며, 높은 처리 능력과 우수한 성능을 제공한다.

■ 스위치 선택 시 고려사항

• 포트 개수 : 스위치 포트 개수는 연결할 기기의 수에 따라 결정되어야 한다. 필요한 포트 개수를 고려해 적절한 스위치를 선택해야 한다.
• 전송 속도 : 전송 속도는 네트워크 환경과 사용 목적에 따라 선택되어야 한다. 고속 인터넷과 대용량 데이터 전송이 필요한 경우, 기가비트 이상의 전송 속도를 지원하는 스위치를 선택하는 것이 좋다.
• 관리 기능 : 네트워크 환경에 따라 관리 스위치 또는 비관리 스위치를 선택해야 한다. 보안 및 성능 최적화가 필요한 경우, 관리 스위치를 선택하는 것이 좋으며, 간단한 네트워크 환경에서는 비관리 스위치를 선택할 수 있다.

■ 스위치 구성

스위치는 허브와 달리 정해진 목적지에만 데이터를 전송한다. 프레임 충돌이 감소하여 네트워크 성능이 향상되고, 보안성도 좋아진다.

■ 라우터

라우터는 네트워크의 허브와 같은 역할을 하는 장치로 데이터를 적절한 목적지로 전송하는 중요한 역할을 담당한다. 라우터는 네트워크에서 발생하는 데이터를 처리하고, 최적의 경로를 선택하여 목적지로 전송하는 역할을 한다. 이를 통해 여러 개의 네트워크를 연결하고 효율적인 통신을 가능하게 한다.

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라우터는 인터넷에서 주고받는 정보를 패킷이라는 작은 단위로 전송한다. 패킷은 데이터의 일부분과 함께 전송을 위한 다양한 정보(출발지, 목적지 주소 등)를 포함한다. 라우터는 이러한 패킷들을 분석하여 최적의 경로를 결정하고 목적지까지 전송한다.

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라우터는 다양한 경로 선택 알고리즘을 사용하여 패킷의 최적 경로를 결정한다. 대표적인 알고리즘으로는 RIP, OSPF, BGP 등이 있다. 이러한 알고리즘을 통해 라우터는 효율적이고 안정적인 통신을 보장한다.

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라우터는 OSI 모델의 네트워크 계층(Layer 3)에서 작동한다. 이는 IP 주소를 기반으로 패킷의 전송 경로를 결정하는 역할을 담당한다. 라우터는 패킷의 출발지와 목적지 IP 주소를 확인한 후, 해당 정보를 바탕으로 최적의 경로를 결정하고 전송한다.

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단순히 통신망을 연결해주는 브릿지(Bridge) 기능에 더하여 경로 배정표에 따라 다른 통신망을 인식하여 경로를 배정하며 수신된 패킷에 의해 다른 통신망 또는 자신이 연결되어 있는 통신망 내 수신처(노드)를 결정하여 여러 경로 중 가장 효율적인 경로를 선택하여 패킷을 보내는데, 통신흐름을 제어하며 통신망 내부에 여러 보조 통신망을 구성하는 등의 다양한 통신망 관리 기능을 수행한다.

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내부 네트워크는 사용하는 컴퓨터의 기종이나 OS, 프로토콜 등은 알 수 있기 때문에 네트워크의 최적화를 이룰 수 있다. 그러나 내부 네트워크를 외부와 연결할 때는 외부 네트워크에서 사용하는 프로토콜이나 컴퓨터의 기종을 알 수 없으므로, 이러한 알 수 없는 임의의 네트워크와 내부 네트워크를 위한 네트워크 장비가 라우터이다.

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장점은 통신 환경설정을 가능하게 하여 전체 네트워크 성능을 개선할 수 있고, 표준논리에 따라 통신방법이 자동으로 결정되므로 유지보수가 용이하다. 또한, 통신방법에 구애받지 않으므로 대규모 통신망을 쉽게 구성할 수 있으며, 다양한 경로에 따라 통신량을 분산할 수 있다. 스위치는 유선 네트워크에만 사용되지만 라우터는 무선 네트워크와도 연결할 수 있다.

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단점은 초기 환경 설정에 대한 어려움과 특정한 프로토콜에 의존하므로 다양한 프로토콜 지원 또한 어려우며, 하위 프로토콜 지원이 불가능하고 기능이 복잡하므로 가격이 비싸다.

■ 라우터 종류

(1) 가정용 라우터

• 가정용 라우터는 소규모 네트워크 환경에서 사용되며, 일반적으로 Wi-Fi 기능이 내장되어 있다. 가정용 라우터는 인터넷 서비스 제공 업체(ISP)로부터 인터넷 신호를 다수의 기기로 분배하는 역할을 한다.

(2) 기업용 라우터

• 기업용 라우터는 대규모 네트워크 환경에서 사용되며, 보다 높은 성능과 다양한 기능을 제공한다. 기업용 라우터는 보통 더 많은 포트를 가지고 있으며, 고급 보안 기능, 트래픽 관리, VPN 지원 등의 추가 기능을 제공한다. 이를 통해 기업 환경에서 안정적이고 높은 성능의 네트워크를 구축할 수 있다.

■ 라우터 중요성

• 트래픽 관리 : 라우터는 네트워크에서 발생하는 트래픽을 관리하고, 최적의 경로를 선택하여 효율적인 통신을 가능하게 한다. 이를 통해 네트워크의 전체적인 성능을 향상시킬 수 있다.
• 보안 : 라우터는 네트워크의 보안을 강화하는 역할도 담당한다. 방화벽 기능을 통해 외부로부터 공격을 차단하고, VPN을 지원하여 안전한 통신을 보장한다.
• 네트워크 확장성 : 라우터를 사용하면 기존의 네트워크를 쉽게 확장할 수 있다. 새로운 기기나 네트워크를 추가하기 위해서는 간단하게 라우터에 연결하기만 하면 된다.

■ 라우터 구성

라우터는 IP 주소 등 L3에 있는 주소를 참조하여 목적지와 연결되는 포트로 패킷을 전송한다. 서브넷 마스크가 다른 IP 주소를 가진 장비간 통신을 하기 위해서는 반드시 L3 장비를 거쳐야만 한다.

■ 공유기

ISP(Internet Service Provider)업체에서 제공하는 한 개의 인터넷 IP Address로 여러 대의 컴퓨터, 노트북, IP폰 등이 인터넷을 공유할 수 있도록 한다. 공유기를 사용하면 ISP에서 할당받은 하나의 공인 IP Address를 내부 네트워크에서 여러 개의 IP 주소로 변환하여 사용 가능하기 때문에, 한 대의 컴퓨터에서만 인터넷 접속이나 외부 네트워크와 연결되던 것을 내부 IP 값으로 최대 253대까지 동시에 인터넷 접속이 가능하다.

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또한, 인터넷 공유기는 허브 기능을 포함하고 있어서 여러 대의 PC를 연결할 수 있다. 대부분의 인터넷 공유기는 4포트를 내장하고 있는데 4대 이상의 PC가 하나의 인터넷 IP를 공유하기 위해서는 인터넷 공유기와 스위칭 허브를 이용하면 된다.

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공유기에는 보통 1개의 WAN 포트와 4개의 LAN 포트가 있는데, 외부에서 들어오는 공인 IP의 LAN 선을 WAN 포트에 연결하고 나머지 LAN 포트들은 내부 IP(ex. 192.168.0.~)로 사용할 장치들에 LAN 선을 연결하는 것이 일반적인 사용법이다.

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공유기에서 나오는 LAN선을 또 다른 하위 공유기에 연결할 수 있는데, 하위 공유기의 WAN 포트에 연결하면 새로운 영역의 네트워크(ex. 192.168.1.~)를 만드는 것이고, 하위 공유기의 LAN 포트에 연결하면 허브로 멀티포트 기능을 사용하는 것(ex. 192.168.0.~)이다.

■ 공유기 구성

외부에서 들어오는 공인 IP의 LAN 선을 WAN 포트에 연결하고, 나머지 LAN 포트들은 내부 IP로 사용할 장치들에 LAN 선을 연결하는 것이 일반적인 사용법이다.