Network 장치 NIC, Hub, Switch, Router, Load Balancer

2024. 2. 6. 17:31

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Network 접속 장치

통신망(근거리 통신망 LAN, 광역 통신망 WAN) 구성에 가장 기본이 되는 하드웨어

NIC

LAN 카드 (NIC, Network Interface Card)

컴퓨터를 네트워크에 연결하기 위한 장치 (네트워크 어댑터)
직렬화(Serializtion) 역할
1. 송신 시 : 데이터를 전기 신호로
2. 수신 시 : 전기 신호를 데이터 형태로
MAC 주소네트워크에 연결하는 물리적 장치에는 반드시 하나 이상의 LAN 카드가 있어야 한다.
메인보드의 확장 슬롯에 설치
OSI 2계층 데이터링크 계층에 속한다.
이름이 여럿 : 네트워크 인터페이스 카드, 네트워크 카드, 랜 카드, 물리 네트워크 인터페이스, 이더넷 카드, 네트워크 어댑터 등
동작 방식
1. 전송된 전기 신호를 데이터 형태로 변환
2. 데이터를 읽어서, 데이터에 내재된 목적지 MAC 주소와 출발지 MAC 주소를 확인
3. 목적지에 부착된 NIC(자기 자신)의 MAC 주소 확인
4. 목적지 MAC 주소와 NIC(자기 자신)의 MAC가 맞으면 데이터를 처리하고, 다르면 폐기한다.

MAC 주소 (Media Access Control Address)

네트워크 인터페이스에 할당된 물리적 고유 식별 주소
OSI 7계층 중 데이터 링크 계층
인터넷을 할 수 있는 이더넷 기반 기기에는 모두 다 하나씩 할당되어 있는 고유한 ID
IP와 비교
1. IP주소는 고정되어 있지 않은 논리적인 주소
2. MAC 주소는 제조 시 정하는 물리적인 주소

Hub

허브 (Hub)

여러 대의 컴퓨터를 연결하여 같은 네트워크를 만들어주는 장치
Switch보다 먼저 만들어진 연결 장비
데이터를 자신에게 연결 된 모든 기기에 전달
거리가 멀어질수록 줄어드는 전기 신호를 재생성해준다
패킷이 무한 순환해 네트워크 전체를 마비시키는 루프와 같은 장애가 발생할 위험이 있어 현재에는 거의 사용되지 않는다.
OSI 1계층 물리 계층 (MAC 주소를 읽을 수 없어 자신에게 들어온 신호는 자신의 포트에 연결된 모든 단말로 동시에 전송한다)

리피터 (Repeater) 역할

감쇠된 신호를 증폭
UTP 케이블의 경우 100m를 넘어가면 신호가 감쇠하는데, 중간에 허브를 설치하면 100m 넘게 통신이 가능하다

멀티포트 (MultiPort) 역할

공유기의 포트 수가 모자랄 때 허브를 연결하면 더 많은 컴퓨터를 연결할 수 있다.

1차선 통신 (브로드캐스트 BroadCast)

한 포트에서 신호가 들어가면 네트워크 전체를 목적지로 데이터를 전송
데이터를 수신받지 않을 컴퓨터는 해당 LAN카드에서 데이터를 확인하고 폐기한다. (비효율적)
collision domain : A 컴퓨터가 통신을 하는 동안 허브에 같이 연결된 B 컴퓨터가 통신하면 충돌이 일어난다. 이때 충돌의 영역.

Switch

스위치 (Switch)

허브와는 달리, 정확한 목적지 컴퓨터에게만 데이터를 전송 (UniCast 유니캐스트)
스위치에 연결된 디바이스들의 IP와 MAC 주소를 테이블로 가지고 있기 때문에 가능
OSI 7계층에서 어떤 주소를 가지고 스위칭 하는가에 따라 종류가 나뉜다.
높은 계층을 다루는 스위치일수록 비싸고, 하위 계층 스위치 기능도 할 수 있다.
LAN 통신에선, ARP 브로드캐스트를 통해 서로 MAC 주소를 먼저 주고 받는다. 이때 스위치도 스위치 MAC 주소 테이블을 완성한다.
MAC 주소 테이블의 에이징타임(Aging Time)이 ARP의 에이징타임보다 길어서, 스위치 MAC 주소 테이블이 만료되기 전에 ARP가 재입력 해주기 때문에 플러딩 없이 운영이 가능하다.

BPDU (Bridge Protocol Data Unit)

STP 프로토콜에 의해 정보를 주고 받는 프레임(2계층 Data 형식)
각 스위치에서 매 2초마다 작동하는 모든 포트들에서 만들어져 전송된다
스위치 ID, 포트 ID 등의 정보가 들어 있어서, 스위치들은 BPDU를 교환하며 상호 정보와 토폴로지를 파악할 수 있다.
이를 통해 루프 지점을 확인하여 루프를 예방할 수 있다.

플러딩 (Flooding)

특정 destination이 아니라 모든 포트로 패킷을 흘리는 동작 (허브처럼)
들어온 패킷의 목적지 MAC 주소가 스위치 MAC 주소 테이블에 없으면 플러딩이 이루어진다
스위치가 패킷을 플러딩한다는 건 스위치가 제 기능을 못하고 있다는 뜻이다
비정상적인 플러딩 : 스위치에 엉뚱한 MAC 주소를 학습시키거나 스위치 MAC 주소 테이블을 가득 차게 만들어서 강제로 플러딩시켜 패킷을 빼돌릴 수 있다

어드레스 러닝(Address Learning)

스위치가 스위치 MAC 주소 테이블을 만들고 유지하는 과정
패킷이 특정 포트를 통해 스위치에 들어오면, 스위치는 출발지 MAC 주소와 포트 번호를 스위치 MAC 주소 테이블에 기록한다.
브로드캐스트나 멀티캐스트는 출발지 MAC 주소가 아닌, 목적지 MAC 주소만 있기 때문에 그런 통신에서는 어드레스 러닝이 일어나지 않는다.
show mac address-table 명령어를 통해 스위치 MAC 주소 테이블을 확인할 수 있다
사전 정의된 MAC 주소 : 스위치 간 통신을 위한 MAC 주소

포워딩 (Forwarding) / 필터링 (Filtering)

포워딩 : 패킷의 도착지 MAC 주소를 스위치 MAC 주소 테이블을 통해 확인해서 알맞는 포트 번호로 패킷을 전송하는 것
필터링 : 목적지 포트 외의 다른 포트로는 패킷이 전송되지 않도록 막는 것
유니캐스트 통신일 때에만 포워딩과 필터링을 진행하고, BUM 트래픽(브로드캐스트)와 언노운 유니캐스트, 멀티캐스트일 시에는 플러딩한다.

L1 스위치

단순히 패킷을 전달한다
허브와 리피터 기능을 한다.
단순히 수신한 패킷을 연결된 다른 모든 컴퓨터에 전송하는 기능

L2 스위치

연결된 디바이스의 MAC 주소를 저장하고 이 정보를 이용해서 스위칭
구성이 단순해서 기능은 별로 없지만 성능이 높다.
SAN(Storage Area Network) 등에 사용한다

L3 스위치 (라우터 Router)

L2 스위치에서 라우팅 기능 추가.
IGMP를 이용해서 IP 멀티캐스트를 지원한다
네트워크 종단에서 패킷을 받기 원하는 디바이스에게 패킷을 복사해줄 수 있어 트래픽 효율성이 높다.

L4 스위치

L3 스위치에 로드밸런싱 기능 추가
네트워크의 트래픽을 균등하게 분배해준다
TCP, UDP, RTP(Real Time Protocol) 등의 헤더를 사용해 FTP, HTTP, TFTP, SMTP 등의 프로토콜 중 어느것에 대한 요구가 우선하는지 파악 후 스위칭한다

L7 스위치

payload 특성을 분석해 패킷을 처리
payload : 이메일 제목, 내용의 문자열, HTTP 컨텐츠 URL, FTP 파일제목, SSL, ID, Cookie정보, 특정 바이러스
높은 수준의 보안을 갖추고 있다
패킷 부하 분산 기능 구현
QOS 기능 구현

Router

라우터 (Router)

로컬 네트워크 LAN이 아니라, 원격지 네트워크의 통신을 위해서 사용
다양한 경로를 수집해 최적의 경로를 라우팅 테이블에 저장. 패킷이 라우터로 들어오면 정확한 방향으로 패킷이 전송되도록 도착지 IP 주소와 라우팅 테이블을 비교해 최선의 경로로 패킷을 포워딩한다.
패킷 포워딩 과정에서 기존의 2계층 헤더 정보를 제거하고 새로운 2계층 헤더를 만들어 붙인다.
OSI 3계층 네트워크 계층에서 동작.
L3 스위치와 마찬가지 (원래 라우터는 소프트웨어, L3 스위치는 하드웨어 같은 느낌이 있었지만, 기술의 발달로 구분이 없어졌다)
원격지로 쓸데없는 패킷이 전송되지 않도록 브로드캐스트와 멀티캐스트를 컨트롤한다. 불분명한 주소로 통신을 시도할 경우 통신을 버린다.
패킷 전송 시 여러 라우터를 거치게 되며, 각 라우터는 현재 자신의 상태를 공유.
용어
1. TTL (Time To Live) : 3계층의 IP 헤더 필드. 패킷이 네트워크에 살아 있을 수 있는 시간(홉)을 제한. 하나의 홉을 지날 때마다 1씩 감소한다.
2. 라우팅 루프 : 라우터가 패킷을 포워딩할 대안 경로를 찾다가 두 대의 Next Hop이 서로를 마주보고 두 라우터 사이에 패킷이 Ping Pong치게 될 수 있다.
3. 라우팅 : 얻은 경로 정보 중 최적의 경로를 추려서 라우팅 테이블에 올려 유지하는 과정
4. 스위칭 : 패킷이 들어왔을 때 라우팅 테이블을 참조해 패킷을 라우터 외부로 포워딩하는 작업
5. 롱기스트 프리픽스 매치 (Longest Prefix Match) / 맥시멈 프리픽스 렝스 매치 (Maximum Prefix Length Match) : 라우터가 패킷을 포워딩할 때 라우팅 테이블에서 가장 좋은 항목을 찾는 알고리즘
6. 이그잭트 매치 (Exact Match) : 정확한 정보를 매치해서 패킷을 전송하는 방식
하나의 컴퓨터나 마찬가지로 CPU, RAM, ROM, 플래시 메모리, IOS를 갖는다
1. CPU : 시스템 기능, 네트워크 인터페이스 컨트롤 같은 운영체제 명령어를 실행
2. RAM : CPU가 처리하는 명령어와 데이터를 저장. 휘발성.
3. ROM : 부트트랩 명령어, 기본 검진 소프트웨어, 스케일 다운 버전의 IOS를 사용하기 위한 비휘발성 저장소
4. 플래시 메모리 : 운영 시스템인 시스코 IOS를 위한 비휘발성 저장소.
5. IOS : 시스코사의 거의 모든 라우터, 스위치 등 장비에 구현된 운영체제

Hop by Hop Routing (홉 바이 홉 라우팅)

단말부터 목적지까지의 경로를 모두 책임지는 게 아니라, 인접한 라우터까지만 경로를 지정하면 인접 라우터에서 다시 최적의 경로를 파악해 다음 라우터로 패킷을 포워딩하는 방식
각 라우터는 패킷이 목적지로 가는 전체 경로를 파악하지 않고, 최적의 넥스트 홉을 파악해 보내준다.
Next Hop : 인접한 라우터
Next Hop을 지정하는 방식
1. IP 주소 지정 : 일반적으로 사용하는 방법
2. 나가는 인터페이스 지정 : Next Hop의 IP를 모르는데, MAC 주소는 알아낼 수 있을 때 사용
  1. WAN 구간 전용선에서 PPP(Point-to-Point)나 HLDC(High Level Datalink Control) 같은 프로토콜을 사용해 상대의 MAC 주소를 알 필요가 없을 때
  2. 상대방 라우터에서 프록시 ARP가 동작해, 상대방의 MAC 주소를 알 수 있을 때
  3. 라우터에서 나가는 물리 인터페이스를 지정
3. IP 주소 + 나가는 인터페이스 지정
  1. VLAN 인터페이스와 같은 논리적인 인터페이스 사용할 때

라우터가 경로 정보를 얻는 3가지 방법 (써져 있는 순서가 우선순위)

AD (Administrative Distance) : 관리 거리. 라우터 생산업체마다 조금씩 다르다

다이렉트 커넥티드 (Direct Connected)
1. 내가 가지고 있는 네트워크
2. IP 주소를 입력할 때 사용된 IP주소와 서브넷 마스크로 해당 IP 주소가 속한 네트워크 주소 정보를 습득
3. 인터페이스에 IP를 설정하면 자동 생성되는 테이블
4. 정보를 강제로 지울 수 없고, 해당 네트워크 설정을 삭제하거나 해당 네트워크 인터페이스가 비활성화되어야 사라진다.
5. 라우터에서 connected로 표현된다
정적 라우팅 (Static Routing)
1. 내가 경로를 직접 지정한 네트워크
2. 네트워크 관리자가 목적지 네트워크와 Next Hop을 라우터에 직접 지정해 경로 정보를 입력하는 방식
3. 다른 라우터의 상태 정보를 파악하기 어렵기 때문에, 장애가 발생해도 대체 경로로 패킷을 보내기 어렵다.
동적 라우팅 (Dynamic Routing)
1. 경로를 전달받은 네트워크
2. 인접 라우터들 간에 라우팅 프로토콜을 이용하여 서로 라우팅 테이블을 자동적으로 생성, 유지하는 방식
3. 큰 네트워크는 정적 라우팅만으로 관리가 어려워서, 동적 라우팅도 사용한다.
4. 그때 그때 트래픽 변화를 반영

라우팅 테이블

토폴로지 테이블 (Topology Table)
1. 라우터가 수집한 모든 경로 정보, 원시 데이터(Raw Data)
라우팅 테이블 (Routing Table)
1. 토폴로지 테이블 중에서 추려낸 최적의 경로를 저장하는 테이블
2. 실제로 포워딩할 시에는 라우팅 테이블을 참조한다.

Broadcast Control

스위치 : 목적지 정보가 없으면 전체 단말에 플러딩
라우터 : 목적지 정보가 없으면 패킷을 폐기
브로드캐스트 컨트롤 / 멀티캐스트 컨트롤 : 멀티캐스트 정보를 습득하지 않고 브로드캐스트 패킷을 전달하지 않는다. 브로드캐스트가 다른 네트워크로 전파되는 것을 막을 수 있다.

프로토콜 변환

서로 다른 프로토콜로 구성된 네트워크를 연결할 수 있다.
현재는 대부분의 네트워크가 이더넷을 사용하기 때문에 이 역할을 수행할 일이 별로 없다 (옛날엔 LAN과 WAN의 프로토콜이 완전히 달랐다)

Load Balancer

로드 밸런서

OSI 계층 중 4계층 전송계층에서 동작
4계층 포트 주소를 확인하는 동시에 IP 주소를 변경할 수 있다.
세션 장비라고 부르기도 한다 (세션 테이블 기반)
서버나 장비의 부하를 분산하기 위해 사용 (트래픽 분배 기능)
서버형 로드밸런서, 소프트웨어 로드밸런서, 스위치 로드밸런서가 있다. (다양한 네트워크 구성이 가능한 스위치가 가장 대중적)
L4 로드 밸런싱, L7 로드 밸런싱 두 계층 방식이 있다. (요즘의 로드밸런서는 보통 L4와 L7 기능이 모두 있는 L7 로드밸런서이다. 그런데 L4 기능만 하면 그냥 L4 로드 밸런싱이라고 한다)

L4 스위치

스위치처럼 여러 포트를 가지고 있으면서 로드 밸런서 역할도 수행하는 장비
기능 : 부하 분산, 성능 최적화, 리다이렉션
TCP / UDP 정보를 기반으로 부하를 분산하면서, TCP 계층의 최적화와 보안 기능 제공
사용자가 가상 IP에 접속하면, 가상 IP를 리얼 IP로 바꿔주는 역할 (이를 통해 부하를 분산)
가상 서버 (Virtual Server), 가상 IP (Virtual IP) :사용자가 바라보는 서비스와, 사용자가 접근해야하는 서비스 IP 주소
리얼 서버 (Real Server), 리얼 IP (Real IP) : 실제 서비스를 수행하는 서버, 실제 서버의 IP

L7 스위치 ADC

ADC(Application Delivery Controller) : 7계층 애플리케이션 계층에서 동작하는 로드 밸런서
기능 : 부하 분산, 정보 수정, 정보 필터링, 페일오버(장애극복), 리다이렉션
프록시(Proxy)로 동작한다
애플리케이션 프로토콜의 헤더와 내용을 이해하고 동작 (캐싱, 압축, 콘텐츠 변환 및 재작성, 인코딩 변환, 애플리케이션 프로토콜 최적화 기능 등)
ADC의 성능 최적화
1. Caching : 이미지 캐싱 기능
2. 압축
3. SSL Offloading : 사용자와 로드밸런서까지는 보안이 추가된 HTTPS로 통신하고, 로드밸런서(프록시 역할)와 실제 서버까지는 HTTP로 통신

공유기

2계층 스위치, 3계층 라우터, 4계층 NAT과 간단한 방화벽 기능을 한 곳에 모아놓은 장비
공유기 내부는 스위치 부분, 무선 부분, 라우터 부분 회로로 나뉜다.

모뎀

짧은 거리를 통신하는 기술과 먼 거리를 통신하는 기술을 서로 변환해주는 장비
네트워크 종류와 쓰이는 기술에 따라 여러 종류의 모뎀이 사용된다.
기가 인터넷 : 대부분 FTTH 모뎀
동축 케이블 인터넷 : 케이블 모뎀
전화선 : ADSL, VDSL 모뎀

저작자표시

개 발소리 춉춉