06. 허브
🌏 01. Intro
: 안녕하세요, 삐약 은지입니다 😊
오늘은 허브에 관해 알아보겠습니다
🌏 02. 허브란
: 통신 매체를 통해 송수신되는 메시지는
다른 호스트에게 전달되는 과정에서 다양한 네트워크 장비를 거칠 수 있습니다
대표적인 네트워크 장비로는
물리 계층의 허브(Hub)와 데이터 링크 계층의 스위치(Switch)가 있습니다
먼저 물리 계층에는 주소(Address)의 개념이 존재하지 않습니다
따라서 물리 계층에서는 단순히 호스트와 통신 매체를 연결하고,
통신 매체 상에서 데이터를 송수신하는 기능만 수행합니다
이 때문에 물리 계층의 네트워크 장비는
송수신되는 정보의 내용을 해석하거나 수정하지 않으며,
데이터에 대한 판단이나 조작을 수행하지 않습니다
반면, 데이터 링크 계층에는 주소 개념이 존재합니다
따라서 데이터 링크 계층 장비나 그 이상의 계층 장비들은
송신지와 수신지를 구분할 수 있으며,
이 주소 정보를 기반으로
데이터를 전달할지 여부를 판단하거나 필요한 처리를 수행할 수 있습니다
이제 다시 본론으로 돌아가서, 허브(Hub)가 무엇인지 알아보겠습니다
허브는 물리 계층에서 여러 장비(호스트)를 연결하는 네트워크 장치입니다
허브는 리피터 허브(Repeater Hub)라고도 불리며,
이더넷 네트워크에서 사용되는 경우 이더넷 허브(Ethernet Hub)라고도 합니다
허브는 여러 개의 커넥터를 연결할 수 있는 구조로 되어 있습니다
이때 커넥터를 연결하는 부분을 포트(Port)라고 합니다
각 포트를 통해 우리는 호스트와 연결된 통신 매체를 허브에 연결할 수 있습니다
참고로 포트(port)라는 용어는 네트워크에서 다른 의미로도 사용되며,
이에 대해서는 이후에 더 자세히 배우게 됩니다
🌏 03. 허브의 특징
: 허브는 오늘날 인터넷 환경에서 널리 사용되지는 않지만,
네트워크의 기본적인 개념을 이해하는 데 중요한 장치이기 때문에 조금 더 살펴보겠습니다
허브는 대표적으로 두 가지 특징을 가지고 있습니다 🤔
첫 번째 특징은 전달받은 신호를 모든 포트로 그대로 전달한다는 점입니다
허브는 물리 계층에 속하는 장비이기 때문에 주소(Address) 개념이 존재하지 않습니다
따라서 수신지를 특정할 수 없습니다
이 때문에 허브는 신호를 전달받으면 어떠한 판단이나 조작도 하지 않고,
신호가 들어온 송신 포트를 제외한 모든 포트로 동일한 신호를 다시 전송합니다
허브를 통해 신호를 전달받은 모든 호스트는
데이터 링크 계층에서 패킷의 MAC 주소를 확인한 뒤,
자신과 관련 없는 주소라면 해당 데이터를 폐기합니다
두 번째 특징은 반이중(Half-Duplex) 방식으로 통신한다는 점입니다
반이중 통신이란 송신과 수신을 동시에 수행할 수 없고, 번갈아 가며 통신하는 방식을 의미합니다
예를 들어 호스트 A가 B에게 메시지를 전송하고 있는 동안에는
호스트 B가 동시에 A에게 메시지를 전송할 수 없습니다
즉, 동시에 송신과 수신이 이루어질 수 없습니다
이와 반대로 전이중(Full-Duplex) 통신이라는 방식도 있습니다
전이중 통신은 송신과 수신을 동시에 양방향으로 수행할 수 있는 통신 방식을 의미합니다
참고로 허브 외에도 물리 계층의 대표적인 장비로 리피터(Repeater)가 있습니다
리피터는 전송 과정에서 약해지거나 왜곡될 수 있는 전기 신호를 증폭하여
신호가 더 멀리 전달될 수 있도록 도와주는 장치입니다
리피터 역시 물리 계층 장비이기 때문에
신호의 내용을 해석하거나 판단하지 않으며,
단순히 신호를 증폭하는 역할만 수행합니다
참고로 일부 허브는 이러한 리피터 기능을 함께 포함하고 있는 경우가 많습니다
🌏 04. 허브의 문제점
: 앞서 허브는 반이중(Half-Duplex) 방식으로 통신한다고 설명했습니다
이는 한 호스트가 허브를 통해 데이터를 송신하고 있는 동안에는
다른 호스트가 동시에 데이터를 송신할 수 없으며,
송신하려면 기다려야 한다는 의미입니다
그렇다면 두 호스트가 동시에 허브에 데이터를 송신하려고 하면 어떻게 될까요?
이 경우 충돌(Collision)이 발생합니다
충돌이란 두 개 이상의 호스트가 동시에 데이터를 전송하여 신호가 서로 겹치고,
결과적으로 데이터가 손상되는 현상을 의미합니다
이때 충돌이 발생할 수 있는 네트워크 영역을
콜리전 도메인(Collision Domain)이라고 합니다
허브에 연결된 호스트의 수가 많아질수록 콜리전 도메인의 범위는 더 넓어지고,
그만큼 충돌이 발생할 가능성도 높아집니다
즉, 허브 환경에서의 콜리전 도메인은
허브에 연결된 모든 호스트를 포함하는 영역이라고 할 수 있습니다
🌏 05. 허브의 문제점 해결
: 앞서 살펴본 것처럼 허브에서는 충돌(Collision)이 발생할 수 있습니다
따라서 충돌을 줄이기 위해서는 허브에 연결된 모든 호스트가
하나의 콜리전 도메인에 속하지 않도록 하는 방법이 필요합니다
그렇다면 콜리전 도메인으로 인해 발생하는 충돌을 어떻게 해결할 수 있을까요?
대표적인 방법으로는 CSMA/CD 프로토콜을 사용하거나
스위치 장비를 사용하는 방법이 있습니다
▶ 스위치에 대해서는 다음 시간에 자세히 살펴볼 예정이므로
여기서는 CSMA/CD에 대해 먼저 알아보겠습니다
허브 환경에서 충돌이 발생하는 근본적인 이유는
허브가 반이중(Half-Duplex) 방식으로 통신하기 때문입니다 🤔
이러한 반이중 이더넷 환경에서 발생하는 충돌을 방지하기 위해
사용되는 대표적인 프로토콜이 바로 CSMA/CD입니다
CSMA/CD는
Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection의 약자로,
각각의 의미는 아래와 같습니다
ⓐ CS (Carrier Sense) : 캐리어 감지
ⓑ MA (Multiple Access) : 다중 접근
ⓒ CD (Collision Detection) : 충돌 감지
또한 CSMA/CD는 여러 호스트가
공유된 통신 매체에 접근할 때 사용하는 제어 방식이라는 점에서
매체 접근 제어 방식(MAC; Media Access Control)의 한 종류라고도 할 수 있습니다
각 요소를 조금 더 자세히 살펴보겠습니다
먼저 CS(Carrier Sense)입니다
Carrier Sense는 통신 매체에 흐르는 신호를 감지하는 것을 의미합니다
즉, 현재 통신 매체가 사용 중인지 아닌지를 확인하여
전송 가능한 상태인지 검사하는 과정입니다
다음은 MA(Multiple Access)입니다.
Multiple Access는 두 개 이상의 호스트가
동일한 통신 매체를 공유하며 접근하는 상황을 의미합니다
이처럼 여러 호스트가 같은 매체를 사용하기 때문에 충돌이 발생할 가능성이 존재합니다
마지막은 CD(Collision Detection)입니다
Collision Detection은 데이터 전송 중
충돌이 발생했는지를 감지하는 기능을 의미합니다
만약 충돌이 발생하면 전송을 중단하고
일정한 시간 동안 대기한 뒤 다시 데이터를 전송합니다
이를 정리하면, 반이중 이더넷 환경에서
CSMA/CD 프로토콜은 다음과 같은 순서로 동작합니다
① 먼저 통신 매체가 사용 중인지 확인합니다.
② 다른 호스트가 전송하고 있지 않다면 데이터를 전송합니다
③ 만약 여러 호스트가 동시에 접근하여 충돌이 발생하면,
일정한 시간 동안 대기한 후 다시 데이터를 전송합니다
🌏 06. 마무리
: 오늘은 허브에 대해 살펴보았는데요 🙂
다음 시간에는 스위치에 대해 알아보도록 하겠습니다
그럼 모두 안녕~👋
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