[네트워크] NIC와 케이블, 허브, 스위치

📔 02-2. NIC와 케이블

📌 0. 시작하기 전에

NIC(Network Interface Controller)

- 호스트와 통신 매체를 연결

- Mac 주소가 부여되는 네트워크 장비

 

케이블(Cable)

- NIC에 연결되는 물리 계층의 유선 통신 장비

- 트위스티드 페어 케이블, 광섬유 케이블

 

📌 1. NIC

통신 매체는 전기, 빛 등 다양한 신호가 흐를 수 있다.

호스트가 이해하기 위해 매체를 통해 전달되는 신호와 컴퓨터가 이해할 수 있는 정보 간의 변환을 담당하는 장비가 NIC.

 

NIC의 생김새

- 네트워크 인터페이스 카드, 네트워크 어댑터, LAN 카드, 네트워크 카드, 이더넷 카드 등으로 불림

- USB로 연결하는 NIC, 마더보드(메인보드)에 내장된 NIC

 

NIC의 역할

- 통신 매체에 흐르는 신호를 호스트가 이해하는 프레임으로 변환, 혹은 반대

- MAC 주소를 통해 자기 주소와 수신되는 프레임의 수신지 주소를 인식

  - 자신과 관련 없는 프레임 폐기, FCS 필드를 토대로 오류 검출해 폐기 가능

- NIC마다 지원 속도(네트워크 속도에 영향)가 다름

 

📌 2. 트위스티드 페어 케이블 Twisted Pair Cable

- 유선 통신 매체

- 구리 선으로 전기 신호를 주고받는 통신 매체

 

트위스티드 페어 케이블의 생김새

- 케이블 본체와 커넥터로 이루어짐

 

커넥터

 

케이블 본체

- 본체 내부는 구리 선이 두 가닥(pair)씩 꼬아져 있음

- 구리 선에 전자적 간섭(노이즈)이 생길 수 있음

- 차폐 shielding

  - 구리 선을 그물 모양의 철사 또는 포일로 감싸 보호하는 것

  - 그물 모양의 철사: 브레이드 실드 braided shield

  - 포일: 포일 실드 foil shield

 

실드에 따른 트위스티드 페어 케이블의 분류

- 브레이드 실드로 감싼 케이블: STP(Shielded Twisted Pair)

- 포일 실드로 감싼 케이블: FTP(Foil Twisted Pair)

- 아무것도 감싸지 않은 케이블: UTP(Unshielded Twisted Pair)

- 명칭 표기

  - XX/@TP

  - XX에는 외부를 감싸는 실드 종류

  - @에는 구리선 쌍을 감싸는 실드 종류

  - ex, S/FTP - 외부는 브레이드 실드, 구리선 쌍은 포일 실드

  - ex, SF/FTP - 외부는 브레이드 실드와 포일 실드, 구리선 쌍은 포일 실드

 

카테고리에 따른 트위스티드 페어 케이블의 분류

- 카테고리: 성능의 등급을 구분

- Category에서 앞 세 글자를 딴 Cat으로 표기

- Cat3, Cat5, ...

 

📌 3. 광섬유 케이블 Fiber optic cable

- 빛을 이용해 정보를 주고받는 케이블

- 속도도 빠르고, 먼 거리까지 전송 가능

- 노이즈 영향도 적음

- 대륙 간 네트워크 연결에도 사용

 

광섬유 케이블의 생김새

- 다양한 커넥터: LC 커넥터, SC 커넥터, FC 커넥터, ST 커넥터

- 광섬유 한 가닥은 중심의 코어 + 코어를 둘러싸는 클래딩(빛을 가두는 역할)

 

싱글 모드 광섬유 케이블

- 코어의 지름이 8~10 µm (머리카락 평균 두께가 50~150 µm)

- 코어의 지름이 작아 빛의 이동 경로가 하나 이상 갖기 어려움

- '모드'가 하나라고 표현

- 신호 손실이 적어 장거리 전송에 적합

- 장파장의 빛을 사용

- 대부분 노란색과 파란색

 

멀티 모드 광섬유 케이블

- 코어의 지름이 50~62.5 µm

- 빛이 여러 경로로 이동 가능

- 대부분 오렌지색과 아쿠아색

 

 

📔 02-3. 허브

📌 1. 주소 개념이 없는 물리 계층

- 물리 계층에는 주소 개념이 없다

- 송수신지를 특정할 수 있는 주소는 데이터 링크 계층부터 존재

- 데이터 링크 계층에는 주소 개념이 있고, MAC 주소가 여기에 해당

- 데이터 링크 이상의 계층에서는 송수신지 특정 가능, 주소를 바탕으로 조작과 판단 가능

 

📌 2. 허브

- 여러 대의 호스트를 연결할 수 있는 물리 계층의 장비

- 리피터 허브라 부르기도, 이더넷 네트워크의 허브는 이더넷 허브라고 부르기도

- 커넥터를 연결할 수 있는 연결 지점이 포트

 

허브의 특징

- 오늘날 인터넷 환경에서는 잘 사용되지 않음

 

1. 전달받은 신호를 다른 모든 포트로 그대로 내보낸다.

  - 허브는 수신지 특정 불가능

  - 어떠한 조작이나 판단을 하지 않고, 모든 포트로 내보냄

  - 데이터 링크 계층에서 패킷의 MAC 주소 확인, 관련 없으면 폐기

 

2. 반이중(half duplex) 모드로 통신

  - 1차선 도로처럼 송수신을 번갈아 가면서 하는 통신 방식

  - cf, 전이중(full duplex) 모드는 송수신을 동시에 양방향으로

 

콜리전 도메인

- 동시에 허브에 신호를 송신하면 '충돌(컬리전)' 발생

- 충돌이 발생할 수 있는 영역을 콜리전 도메인

- 범위가 클수록 충돌 발생 가능성 높음

 

📌 3. CSMA/CD

- Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection

- 반이중 네트워크에서 충돌을 방지하는 대표적인 프로토콜

 

1. CS Carrier Sense

- 캐리어 감지

- 현재 네트워크상에서 전송 중인 것이 있는지 확인

- 사용 여부 검사

 

2. MA Multiple Access

- 다중 접근

- 복수의 호스트가 네트워크에 접근하려는 상황

- 충돌 발생

 

3. CD Collision Detection

- 충돌 검출

- 충돌을 감지하면 전송이 중단

- 충돌 발생을 알리는 잼 신호를 보내고, 임의의 시간 동안 대기 후 재전송

 

 

📔 02-4. 스위치

📌 0. 시작하기 전에

- 허브의 근본적인 해결 방법

  - 전달받은 신호를 수신지 호스트가 연결된 포트로만 전송

  - 전이중 모드로 통신

  - 이러한 기능을 지원하는 장비: 데이터 링크 계층의 스위치

 

📌 1. 스위치

- 데이터 링크 계층의 네트워크 장비

- 2계층에서 사용한다 하여 L2 스위치라고도 함

- MAC 주소를 학습해 특정 MAC 주소를 가진 호스트에만 전달

- 전이중 모드의 통신을 지원

 

스위치의 특징

- MAC 주소 학습

  - 특정 포트와 해당 포트에 연결된 호스트의 MAC 주소와의 관계를 기억

  - MAC 주소 테이블: 메모리에 표 형태로 기억

 

📌 2. MAC 주소 학습

호스트 A가 호스트 C로 프레임을 전송하는 상황

호스트 A, B, C, D는 스위치의 각 포트 1, 2, 3, 4에 연결

 

1. 스위치는 호스트 A, B, C, D의 주소와 연결된 포트의 연관 관계를 알지 못한다

포트	MAC 주소
1번
2번
3번
4번

 

2. 처음 호스트 A에서 프레임을 수신하면, 프레임 내 '송신지 MAC 주소' 정보로 호스트 A와 연결된 포트를 저장

포트	MAC 주소
1번	ab:cd:ab:cd:00:01
2번
3번
4번

 

3. 플러딩 - 송신지 포트를 제외한 모든 포트로 프레임 전송

4. 호스트 A, B는 받은 프레임 폐기

5. 호스트 C는 스위치로 응답 프레임 전송

포트	MAC 주소
1번	ab:cd:ab:cd:00:01
2번
3번	ab:cd:ab:cd:00:03
4번

 

- 필터링: 어디로 내보내고 어디로 내보내지 않을지 결정하는 스위치의 기능

- 포워딩: 실제로 프레임을 내보내는 것

- 에이징: 일정 시간 동안 프레임을 전송받지 못한 항목 삭제

 

cf. 브리지

- 콜리전 도메인을 나누거나 네트워크를 확장

- 스위치도 같은 기능 + 성능이 더 좋아져서 최근에는 브리지 사용 빈도 감소

 

📌 3. VLAN - Virtual LAN

- 가상의 LAN

  - 메시지를 주고받을 일이 적거나

  - 브로드캐스트 메시지를 받을 필요가 없어서 같은 LAN에 속할 필요가 없을 때

- 논리적인 단위로 LAN을 구성

- VLAN1에 속한 호스트가 VLAN2에 속한 호스트와 통신하려면 네트워크 계층 이상의 장비 필요

 

포트 기반 VLAN

- 가장 단순, 대중적

- 사전에 특정 포트에 VLAN을 할당 후 연결

- VLAN 트렁킹

  - 두 대 이상의 VLAN 스위치를 효율적으로 연결하여 확장

  - 트렁크 포트에 VLAN 스위치 연결

  - 태그 포트라고도 부름 (하나의 VLAN이 연결된 일반적인 포트는 액세스 포트)

- 802.1Q 프레임

  - 어떤 VLAN에 속하는지 식별하기 위한 정보까지 추가된 확장된 이더넷 프레임

  - VLAN 태그라는 정보 추가

 

MAC 기반 VLAN

- MAC 주소에 따라 VLAN 결정

- 송수신하는 프레임 속 MAC 주소가 호스트가 속할 VLAN 결정

 

(이해하기 위해 참고한 별도의 영상!!! 좋음!!!)

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아래 책을 읽고 정리한 내용입니다.

혼자 공부하는 네트워크 | 강민철 - 교보문고