허브. 그런데 이제 스위치를 곁들인

한줄 요약 : 허브와 스위치의 차이는 Destination의 존재 유무에 따른 브로드 캐스팅의 빈도 차이! 등등

 

네트워크를 공부하면서 하위 계층에서 동작하는 네트워크 장비들의 차이가 좀 난해해졌습니다.

허브? 스위치? 라우터? 스위칭 허브? L3 스위치?

그래서 각 키워드에 대하여 특징으로 공부하여 이해하기 쉽게 정리해보려 합니다.

---

허브

OSI 1계층에서 동작하는 장비입니다. 허브는 두가지의 역할을 수행합니다.

1. 거리가 멀어질수록 줄어드는 전기신호를 재생성해주는 역할 레드스톤 토치
2. 여러 대의 장치를 연결하는 역할

심플하게 네트워킹을 수행하기 위한 역할만을 수행하는 것 같습니다.

 

하지만 허브는 위와 같이 네트워킹을 위한 필수적인 역할을 수행하지만, 치명적인 단점을 가지고 있습니다.

 

먼저 허브는 자체적인 메모리가 없기 때문에 패킷의 목적지를 알고 있지 않습니다.

그렇기 때문에 입력이 발생한 포트가 아닌 모든 포트에 패킷을 뿌려버립니다. (브로드캐스팅)

? 내 것이 아닌 것 같은데? 주인 아무나 가져가라~

이러한 특징 때문에 주인이 아닌 패킷을 확인하는 것도 좀 불편한데, 또 다른 성능적으로 중요한 문제를 가지고 있습니다.

 

허브는 구조 상 하나의 공유 버스를 이용하여 패킷을 처리하고 있습니다.

 

이러한 특징으로 인하여 버스로 들어온 패킷은 서로 간섭을 하게 되고, 어쩔 수 없이 간섭과 충돌을 피하기 위하여 단방향 통신을 수행할 수 밖에 없게 됩니다.

 

이러한 두가지의 허브의 특징이 합쳐져서 더 큰 문제를 만들기도 합니다.

 

공유 버스를 이용하여 처리를 하는데 이런 알 수 없는 패킷들이 많이 들어오게 되면 이러한 패킷들이 버스에 병목이 발생시켜 성능을 저하시키는 결과를 야기합니다.

 

이로 인하여 트래픽이 많이 발생하면 네트워크에 접속한 모든 단말이 경쟁하게 되므로 전체 네트워크 성능이 줄어들고, 패킷이 무한 순환하는 이슈가 발생하여 결국 네트워크 전체를 마비시키게 되는 문제가 발생합니다.

 

이러한 치명적인 이슈를 해결하기 위하여 스위치가 등장합니다.

 

스위치

OSI 2계층에서 동작하는 장비입니다.

먼저 궁금한 것부터 말씀을 드리자면 스위칭 칩을 이용하여 내부 버스 문제를 해결하였고, 메모리를 가져서 브로드 캐스팅하는 문제도 어느정도 해결했습니다.

 

스위칭 칩은 장비의 업그레이드로 해결을 했는데, 메모리로 브로드캐스팅을 어떻게 해결을 했을까요?

 

정답은 학습(Learning)을 통하여 MAC Table에 저장하고 Table을 확인하여 직접 보낼 수 있게 됩니다. (유니 캐스팅 / Forwarding)

 

스위치는 최초에는 위에서 설명한 허브와 거의 다를 것이 없게 동작합니다.

메모리를 가지고 있지만, 아무런 정보가 없으므로 브로드캐스팅을 수행할 수 밖에 없기 때문입니다.

 

하지만, 이렇게 브로드캐스팅을 수행하면서 허브와는 달리 스위치는 학습을 합니다.

패킷을 보내준 MAC주소와 포트를 알 수 있으므로 이것을 테이블에 "A MAC주소는 a 포트" 같이 저장을 합니다.

 

그렇다면 이 이후 들어오는 A MAC 주소는 a포트로 가야한다는 사실을 알기 때문에, 정확한 Destination에 유니캐스팅으로 패킷을 보낼 수 있게 됩니다.

좌측 사진에서는 테이블에 정보가 없어 브로드캐스팅을 수행했지만, 우측 사진은 "A MAC 주소는 a포트"와 같이 유니캐스팅을 진행할 수 있다. 

이는 스위치이지만, 허브와 동일하게 여러 장비를 연결하고 통신을 중재하는 역할을 수행하므로 "스위칭 허브"라고도 불립니다.

---

허브는 다양한 성능적 이슈, 하나의 공유 버스로 인한 단일 방향 통신 등의 문제로 인하여 넓은 사용이 어려웠습니다.

 

하지만 이러한 이러한 문제를 해결한 스위치의 등장으로 효율적이지 않았던 이더넷 네트워크가 효율이 높고 인기가 많은 네트워크 기술로 발전할 수 있게 되었습니다.

 

이후, 네트워크가 더 커짐에 의하여 새로운 요구사항이 지속적으로 발생하였고, 원거리의 통신을 위한 라우터가 대중화되어 사용되고 있습니다.

여기서 스위치를 다시 찾아볼 수 있는데, OSI 3계층에서 동작하는 L3 스위치가 더 많은 기능(IP 처리 등)을 담고 라우터와 비슷한 역할을 수행하기도 합니다.

 

이에 관해서는 다음에 라우터에 대하여 다룰 일이 있다면 함께 다루어 보겠습니다.

 

부족한 점이 있다면 과감히 지적해주신다면 감사하겠습니다 :)