허브 / 스위치 / 라우터 / 공유기 차이 및 비교

허브 (L1 더미허브)

허브의 개념

허브는 전기적인 신호를 증폭시켜 LAN의 전송거리를 연장시키고, 여러 대의 디바이스를 연결해 네트워크를 만들어주는 장비입니다.

포트는 허브에 따라 다양하며, 1개의 포트에 한 대의 디바이스가 할당됩니다.

 

허브로 연결된 네트워크에서 하나의 디바이스에서 전송된 데이터 프레임을 허브로 연결된 모든 디바이스에게 전부 전송하는 플러딩이 발생합니다. 결과적으로 충돌이 많이 발생하여 하나의 허브에는 많은 디바이스를 연결할 수 없습니다. 동일한 이유로 보안성 또한 떨어집니다.

 

허브는 크게 멀티포트와 리피터 두가지 기능으로 많이 사용됩니다.

멀티포트는 한번에 많은 디바이스를 연결할 수 있는 기능으로, 만약 허브가 없다면 디바이스는 두 대만 연결 가능합니다.

리피터 같은 경우에는 전기적인 신호를 증폭시켜 들어온 데이터를 재전송 한다는 의미를 가지고 있습니다.

또한, 리피터 기능을 사용하면 LAN의 최대 전송거리도 연장되고, 접속할 수 있는 장비의 수도 많아집니다.

허브는 IP를 할당하는 기능이 없고, 단순히 포트를 늘려주는 기능을 가집니다.

 

허브는 단순한 분배 중계기에 불과하여 연결되는 디바이스 수에 따라 데이터 전송 대역이 분리됩니다.  

ex. 10Mbps를 제공하는 이더넷에 8포트 허브로 PC를 연결시킬 경우 각 PC는 1.25Mbps의 대역폭만을 사용하게 되는 것입니다.

 

허브 구성

아래의 허브 이미지에서 허브는 연결된 모든 디바이스에 데이터 프레임을 전송합니다.

하나의 디바이스가 프레임을 전송하면 모든 장비와 충돌이 발생할 수 있으므로 허브에 접속된 모든 장비들은 하나의 충돌 영역에 있다고 합니다.

 

스위치 (L2 스위치허브)

스위치의 개념

허브는 한 대의 디바이스만 데이터를 보낼 수 있다고 하였는데,

허브에 연결된 한 디바이스에서 발생하는 Collision이 허브에 연결된 모든 영역에 노드들에게 영향을 미쳐 통신을 하지 못합니다.

이러한 문제를 해결하기 위해서 Collision Domain을 나누어 줄 수 있는 장비가 브릿지 (S/W적 처리), 스위치 (H/W적 처리)입니다.

 

스위치가 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 합니다.

보통 L2 스위치를 그냥 스위치라고 부르는 경우가 대부분입니다.

 

스위치는 자신에게 연결된 디바이스들의 MAC 주소와 포트가 기록된 MAC 주소 테이블을 가지고 있습니다.

따라서 프레임이 자신에게 오면 그 것의 목적지가 어디인지 파악하여 그 디바이스에게 프레임을 보내기 때문에 트래픽이 훨씬 효율적입니다.

 

또한, 스위치는 데이터의 전송 에러 등을 복구해주는 기능들을 가집니다.

서버의 경우 사용자들이 많기 때문에 허브 보다 스위치를 사용하는 것이 좋습니다.

 

다만, 스위치는 자신의 테이블에 없는 목적지를 가진 패킷이 오면 해당 패킷을 연결된 모든 장치에 포워딩하는데,

이 경우에는 허브와 동일한 동작을 하는 것입니다.

ex. 10Mbps를 제공하는 이더넷에 스위치로 PC를 연결시킬 경우  하나의 장치에 데이터를 전송하기 때문에 각 PC는 10Mbps로 대역폭이 유지됩니다.

 

스위치 구성

아래의 스위치 구성에서 스위치는 허브와 달리 정해진 목적지에만 데이터를 전송하는 것을 확인할 수 있습니다.

프레임 충돌이 감소하여 네트워크 성능이 향상되고, 보안성도 좋아집니다.

 

 

라우터 (L3)

라우터의 개념

LAN을 연결시켜주는 장치로써 정보를 주고 받을 때 송신정보 (패킷)에 담긴 수신처의 주소를 읽고,

가장 적절한 통신경로를 이용하여 다른 통신망으로 전송하는 장치입니다.

서로 다른 프로토콜로 운영하는 통신망에서 정보를 전송하기 위해 경로를 설정하는 역할을 제공하는 핵심적인 통신 장비입니다.

단순히 통신망을 연결해주는 브리지 (Bridge)기능에 더하여 경로배정표에 따라 다른 통신망을 인식하여 경로를 배정하며

수신된 패킷에 의하여 다른 통신망 또는 자신이 연결되어 있는 통신망 내의 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 수행합니다.

 

내부 네트워크는 사용하는 컴퓨터의 기종이나 OS, 프로토콜 등은 알 수 있기때문에 네트워크의 최적화를 이룰 수 있습니다.

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 라우터입니다.

장점은 통신 환경설정을 가능하게 하여 전체 네트워크의 성능을 개선할 수 있고, 표준 논리에 따라 통신방법이 자동으로 결정되므로 유지보수가 용이합니다. 또한, 통신방법에 구애 받지 않으므로 대규모 통신망을 쉽게 구성할 수 있으며, 다양한 경로를 따라 통신량을 분산할 수 있습니다. 스위치는 유선 네트워크에만 사용되지만 라우터는 무선 네트워크와도 연결할 수 있습니다.

단점은 초기 환경 설정에 대한 어려움과 특정한 프로토콜에 의존하므로 다양한 프로토콜 지원 또한 어려우며,

하위 프로토콜 지원이 불가능하고 기능이 복잡하므로 가격이 비쌉니다.

 

라우터 구성

라우터는 IP 주소 등 L3에 있는 주소를 참조하여 목적지와 연결되는 포트로 패킷을 전송합니다.

서브넷 마스크가 다른 IP 주소를 가진 장비간 통신을 하기 위해서는 반드시 L3 장비를 거쳐야만 합니다.

 

공유기

공유기의 개념

ISP(Internet Service Provider) 업체에서 제공하는 한 개의 인터넷 IP Address로 여러 대의 컴퓨터, 노트북, IP폰 등이 인터넷을

공유할 수 있도록 합니다. 공유기를 사용하면 ISP에서 할당받은 하나의 공인 IP Address를 내부 네트웍에서 여러 개의 IP 주소로 변환 사용가능하기 때문에, 한 대의 컴퓨터에서만 인터넷 접속이나 외부 네트워크와 연결되던 것을 내부 IP 값으로 최대 253대까지 동시에 인터넷 접속이 가능합니다.

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

 

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 사용법입니다.

 

공유기에서 나오는 LAN 선을 또 다른 하위 공유기에 연결할 수 있는데,

하위 공유기의 WAN 포트에 연결하면 새로운 영역의 네트워크 (ex 192.168.1.~)을 만드는 것이고,

하위 공유기의 LAN 포트에 연결하면 허브로 멀티포트 기능을 사용하는 것 (ex 192.168.0.~)입니다.

 

공유기 구성

외부에서 들어오는 공인 IP의 LAN 선을 WAN 포트에 연결하고,

나머지 LAN 포트들은 내부 IP로 사용할 장치들에 LAN 선을 연결하는 것이 일반적인 사용법입니다.