데이터 통신과 네트워킹 Chapter6 요약

연결장치

- 네트워크를 만드는 장치

- 호스트를 연결하거나 인터넷을 구성하기 위해 네트워크를 서로 연결함

- 연결 장치는 인터넷 모텔의 서로 다른 계층에서 동작

- 계층에 따라 허브, 링크 계층 교환기(스위치), 라우터 

 

*주요 연결 장치

허브: 물리층에서 동작

  링크 계층 교환기: 데이터 링크층에서 동작(물리층 포함)

  라우터: 네트워크층에서 동작(물리층과 데이터 링크층 포함)

연결 장치의 세 분류

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허브(Hub)

1) 오직 물리층에서만 동작하는 장치

2) 네트워크 내에서 신호는 데이터의 무결성을 훼손하지 않는 범위내에서 이동

3) 훼손된 비트를 재 생성하고 모든 포트로 전송

4) 버스형 접속 형태에서는 동축케이블의 거리 제한을 위해 LAN에서 두 세그먼트 간 연결시 중계기를 사용했으나,

현재는 성형 접속 형태이고 허브가 중계기의 역할과 다중 포트 장비가 연결 지검으로도 동작

5) 어떤 패킷이 허브에 입력되면 이 신호의 잡음을 제거하고 재생되어 패킷이 도착한 포트를 제외한 다른 모든 포트로 패킷을 전달함(브로드캐스팅)

6) 허브는 필터링 기능이 없고 어느 포트로 프레임을 전달해야 할지 결정할 기능이 없음

7) 허브나 중계기는 링크 계층 주소가 없으며 수신된 프레임의 주소도 검사하지 않음

 

*중계기(repeater, 리피터)

신호가 너무 약하게 되거나 훼손되기 전에 신호를 수신하여

원래의 비트 형태를 재생하고 증폭한 후 새롭게

생성된 신호를 전송함

허브

 

링크 계층 교환기(Link-layer Switch: 이더넷 스위치)

1) 물리층과 데이터링크 층에서 동작

2) 물리층: 수신한 신호 재생성, 데이터 링크층: 프레임 내의 MAC 주소(발/수신지) 검사

3) 필터링: 목적지 주소를 확인하여 전달될 포트 결정

4) 프레임의 링크층 주소(MAC)를 변경하지 않음

5) 필터링 결정에 사용되는 테이블을 가지고 있음

6) 목적지 주소를 확인하여 해당 포트로만 프레임 전달

링크 계층 교환기

 

투명(학습) 교환기(Transparent switch)

1) 각 지국이 교환기의 존재 여부를 전혀 모르게 만드는 교환기

2) 만약 시스템에 교환기 하나가 추가되거나 없어지더라도 지국을 재 구성할 필요가 없음

3) 3가지 조건을 만족해야 함

- 모든 프레임은 한 지국에서 다른 지국으로 전달되어야 함

- 전달 테이블은 프레임 이동을 학습함으로써 자동적으로 만들어짐

- 시스템 내 루프는 반드시 방지되어야 함

 

*학습

1) 초창기 스위치는 최초 설치 시 시스템 운영자가 정적 전달 테이블을 직접 입력하였음

2) 새로운 지국이 추가되거나 하나가 제거될 때 테이블을 변경해야 함

3) 한 단말의 MAC이 변경되는 경우(컴퓨터 NIC 카드 변경 등) 수정이 필요

4) 정적 테이블보다 더 좋은 방법은 주소를 포트로 자동 변환해 주는 동적 테이블임

5) 테이블을 동적으로 만드려면 프레임의 이동을 보고 점진적으로 배워가는 브리지가 필요

학습 교환기

1. 지국 A가 지국 D로 전송할 때 교환기는 아무런 항목도 갖고 있지 않음(a)

이 프레임은 세(2,3,4) 포트로 모두 전송됨(b). 그러나 교환기는 지국 A가 포트 1에 연결된 것을 학습함.

즉, 앞으로 A로 향하는 프레임은 포트 1을 통해 전송됨

 

2. 지국 D가 지국 B로 프레임을 전송할 때 교환기는 다시 네트워크에 모두 프레임을 전송함

그러나 지국 D에 관련된 테이블이 교환기에 추가됨(c)

 

3. 학습과정은 교환기가 모든 포트의 정보를 가지게 될 때까지 계속됨(d,e)

학습 단계는 긴 시간이 걸릴 수도 있음. 만약 한 지국이 프레임을 전송하지 않는다면

해당 지국은 테이블 내에 항목을 갖지 못함

 

*루프 문제

1) 투명 교환기는 시스템 내에 중복되는 교환기가 없을 경우 잘 작동함

2) 시스템 관리자들은 신뢰성 있는 시스템 구성을 위해 한 쌍의 LAN에 하나 이상의 교환기를 설치하여 중복된 교환기를 갖기를 좋아함. 하나의 교환기가 고장나면 수리를 위해 교체 시 까지 다른 교환기가 역할을 수행

3) 중복성은 시스템에 매우 바람직하지 못한 루프를 형성할 수 있음

 

*스패닝 트리(Spanning tree) 알고리즘

1) 루프 문제를 해결하기 위해 IEEE 규격에는 교환기에 루프가 없는 접속 형태를 만드는 스패닝 트리 알고리즘을 사용하도록 권고

2) 그래프 이론에서 스패닝 트리는 루프가 없는 그래프임

3) 스위치로 연결된 LAN에서 스패닝 트리는 각 LAN에서 어느 다른 LAN에 루프없이 도달할 수 있는 단지 하나의 경로만 있는 접속형태

4) 원래는 LAN과 스위치를 연결하는 각 호에 대한 비용을 할당해서 최소 비용으로 알고리즘을 수행해야 하지만 여기서는 최소 홉 수를 사용  

연결된 LAN의 시스템 구성과 그래프 표현

Sx: 교환기

LAN에 홉이 연결되어 있다고 가정하고 해당 방향 진행시 1

 

스패닝 트리 찾기 4단계

1. 모든 스위치는 ID를 갖음 > 자신의 ID를 Brodcast > 가장 작은 ID값을 갖는 스위치를 루트 교환기로 선택

2) 최소 경로 탐색(비용 기준으로 찾음)

3) 최소 경로 트리 작성

4) 전송포트와 차단 포트로 구성

교환기 시스템에서 최소 비용 경로 탐색과 스패닝 트리 구하기

* 스패닝 트리 시스템에서는 한 LAN에서 다른 LAN으로 가능 경로가 하나 밖에 없음

= 루프가 만들어 지지 않음

전송포트: 실선 표시

차단 포트: 점선 표시(S3의 2,3 포트, S5의 1포트)

스패닝 트리 알고리즘 적용 후 전송 포트와 차단 포트

 

허브 대비 링크 계층 교환기의 장점

1) 충돌 제거: 브로드캐스팅이 없으므로 대역폭 증가 효과

2) 다양한 연결 장치: 물리층에서 서로 다른 프로토콜과 전송매체를 사용하는 장치 연결 가능

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라우터

1) 물리층, 데이터 링크층, 네트워크층에서 동작

2) 물리층 장치로써 수신한 신호를 재생하고, 링크 계층 장치로써 패킷에 포함된 물리 조소를 확인함

3) 독립적인 네트워크를 연결하는 인터네트워킹 장치

 

라우터의 차이점(리피터나 스위치와 비교)

1) 라우터는 각 인터페이스를 위한 물리 주소와 논리 주소(IP)를 갖는다.

2) 링크 계층 목적지 주소가 도착한 인터페이스 주소와 일치하는 패킷만 처리

3) 패킷을 전달할때 해당 패킷의 링크 계층 주소를 모두 변경한다.

 

*라우팅 예제

2개의 분리된 건물에 각각 기가비트 이더넷 LAN이 설치된 환경에서 두 LAN을 포함한 10기가비트 이더넷 LAN 환경을 형성하여 라우터로 전체 시스템을 인터넷에 연결할 수 있음

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가상 LAN: VLAN(Virtual Local Area Network)

- 물리적으로 떨어져 있는 2개의 서로 다른 LAN에 속해 있는 두 지국 사이에 가상 연결이 필요한 경우

- 가상 근거리 통신망(소프트웨어에 의해 구성된 근거리 통신망)

- 서로 다른 물리적인 LAN에 속해 있을 때 두 지국 사이의 가성 연결 설정

 

세 개의 LAN을 연결하는 교환기

9개의 지국이 하나의 교환기에 연결된 3개의 LAN 그룹으로 그룹 2화된 어느 기술 회사의 교환형 LAN

*앞에서 첫번째 그룹의 2명을 세번째 그룹으로 이동하여 세번째 그룹이 수행하는 프로젝트를 빨리 진행시키고자 할 때 물리적인 이동은 문제 발생

 

 

LAN을 물리적 세그먼트가 아닌 논리적인 세그먼트로 분할하는 것. 이 논리적인 LAN을 VLAN으로 분할하는 것

1) 각 VLAN은 조직내의 작업 그룹임. VLAN의 그룹 소속원 자격은 하드웨어가 아닌 소프트웨어로 정의

2) 어느 지국도 다른 VLAN으로 논리적인 이동 가능

3) 하나의 VLAN에 속한 모든 소속원은 이 특정한 VLAN으로 전송된 브로드캐스트 메세지를 수신할 수 있음

 

하나의 VLAN에 서로 다른 스위치에 연결된 지국들을 그룹으로 만드는 것도 허용

1) 한 회사가 두개의 건물을 갖고 있는 경우 첫 건물과 두 번째 건물에 있는 사람들이 VLAN을 통해 같은 작업 그룹에 소속할 수 있음

2) VLAN은 브로드캐스트 도메인을 정의함

백본에서 VLAN 소프트웨어를 이용한 2개의 교환기

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VLAN내 지국을 그룹화 하는데 사용되는 특징

인터페이스 번호: 스위치 포트 번호

MAC 주소

IP 주소

멀티캐스트 IP 주소

조합

 

VLAN 그룹 설정 방법

1) 수동식 구성: 네트워크 관리자가 설치 단계에서 소프트웨어를 사용하여 설정

2) 자동식 구성: 각 지국들이 관리자에 의 해 정의된 평가 기준을 이용하여 VLAN으로 부터 자동으로 연결되거나 분리됨

3) 반자동식 구성: 초기화는 수동, 이동시는 자동

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VLAN의 장점

1) 경비와 시간 절약: Software로 구성

2) 가상 작업반의 생성: 같은 물리적 그룹에 속하지 않아도 서로 브로드캐스트 메세지를 주고 받을 수 있음

3) 보안: 같은 그룹 내 멤버에게만 브로트캐스트 메세지 송신

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모든 내용은 '데이터 통신과 네트워킹 6판' 책을 공부하여 작성 하였습니다.