낮은 엔트로피 사회

허브와 스위치를 이용하면 콜리전 도메인과 브로드캐스트 도메인으로 통신의 한계가 생긴다. 

* 콜리전 도메인: 허브로 연결되면 충돌이 발생할 수 있는데 이 영역을 콜리전 도메인이라고 한다. 

** 브로드캐스트 도메인:  스위치와 연결된 영역을 브로드캐스트 도메인이라고 부른다

따라서 라우터를 이용해 브로드캐스트 도메인을 나눈다. 

브로드캐스트 도메인을 나누면서 논리적인 주소가 필요하게 되어 등장한 것이 IP주소이고 

IP주소는 고유한 주소를 나타내며 모든 호스트(PC)와 라우터의 포트마다 부여된다. 

Private IP는 중복되긴 하지만 NAT를 배우기 전까지는 'IP는 고유한 주소' 라고 가정 

라우터는 IP를 다루기 때문에 네트워크 계층에 속한다. 

라우터는 CPU와 메모리가 있는 하나의 컴퓨터이다. 

오직 네트워크에서 데이터를 전송하기 위한 컴퓨터! 

사용하는 곳에따라 크기와 가격이 천차만별이다. 

작은 사무실에서는 라우터(공유기)를 사용, 우리나라에선 라우터를 공유기라고도 부른다. 

ISP(통신사)와 같은 곳에서 사용하는 라우터는 성능이 더 좋아야 하므로 큰 라우터를 사용하는데 가격은 수억원 한다.

스위치로 만들어진 브로드캐스트 도메인은 LAN영역이라고 부른다. 

이런 LAN 영역을 넘어서 통신하기 위해서 라우터로 연결되고 라우터를 넘어간 다른 영역을 WAN 영역이라고 부른다. 

이렇게 LAN영역을 연결한 라우터가 수없이 많이 존재하고 

라우터끼리 연결한다면 네트워크는 상당히 커진다. 

그게 오늘날 인터넷의 모습! 

라우터 중에서 통신사에서 운영하는 핵심적인 라우터가 있다. 

핵심 라우터들은 다른 통신사와 연결되는데 이를 코어 라우터라고 부른다. 

우리나라의 KT, SK브로드밴드, LG U+는 데이터센터에 라우터를 두고 광케이블을 이용해 연결한다. 

이렇게 코어 라우터로 구축된 시스템을 백본이라고 부른다. 

통신사는 빠르고 많은 처리를 위해서 고성능 라우터를 광케이블로 연결한 백본을 구축함!

이렇게 라우터로 복잡하게 연결되어 있을 때 우리가 다른 LAN영역에 있는 사용자에게 데이터를 전송한다면 IP를 이용해 라우터는 최대한 빨리 도달할 수 있는 경로를 적절하게 찾고 이 경로를 통해 데이터를 전송할 수 있게 된다. 

가장 가깝고 빠른, 적합한 경로는 라우팅 프로토콜을 이용해 찾는다. 

라우팅 프로토콜 

라우터와 IP주소를 이용해 다른 네트워크까지 데이터를 전송할 수 있다는 것을 알고 있다. 

라우터는 목적지 네트워크까지 가는 경로를 라우팅 테이블이라는 곳에 미리 저장해두고 데이터가 들어오면 해당 네트워크로 전달하는 역할을 한다. 

그럼 라우팅 테이블이라는 것은 어떤 것이고 어떻게 만들어지는 것일까? 

라우팅 테이블은 어떤 네트워크에서 어떤 네트워크로 이동할 때 해당 라우터에서 '어떤 인터페이스(포트)로 이동해야 하는지'가 적혀있는 표이다. 

라우팅 테이블을 만드는 방법은 2가지 

1. 스태틱(정적) 라우팅: 사람이 직접 주소 하나하나를 지정 

2. 다이내믹(동적) 라우팅: 라우터가 다른 라우터들과 정보를 공유해 라우터 스스로 테이블을 만드는 방법 

그럼 다이내믹이 좋은 것 아닌가? 

하지만 작은 네트워크에서 라우터가 여러 개의 다른 라우터와 연결되지 않고 하나만 연결되는 경우라면 스태틱 라우팅으로 직접 만드는게 더 좋을 수 있다. 

직접 적어준다면 라우터가 다른 라우터와 정보를 공유하지 않아서 부하가 적어질테니까! 

Q. 다이내믹 라우팅은 하나의 라우터가 전 세계 모든 라우터와 정보를 교환할까? 

A. 메모리 한계 때문에 그렇게 하지는 않는다. 

그러면 경로를 어떻게 찾을 까? 

라우팅 테이블에는 디폴트 라우터가 있다. 

라우팅 테이블에 목적지와 일치하는 정보가 저장되어있지 않다면 설정한 디폴트 라우터로 무조건 보내는 것이다.

자신이 모르는 네트워크인 데이터를 다른 라우터로 전달하는데,  전달할 라우터를 디폴트 라우터라고 부른다.  

라우팅 테이블에 디폴트 라우터는 0.0.0.0이나 default로 표현한다. 

TTL은 목적지가 없는 데이터가 영원히 네트워크에 존재하는 걸 방지한다. 

디폴트 라우터 말고 다른 약속된 주소가 있다. 

127.0.0.1이라는 주소로 '루프백 주소'라고 부른다. local host라고도 부른다. 

루프백 주소는 127.0.0.0부터 127.255.255.255(127.0.0.0/8)까지 있지만 보통 127.0.0.1을 사용한다. 

이 주소로 데이터를 전송한다면 네트워크로 나가지 않고 자신이 다시 받게 된다. 

개발할 때 많이 사용하니 알아두는 게 좋다. 

충돌을 피하기 위해 사람들은 이런 생각을 하게 된다. 

PC1과 PC2에서 데이터가 허브로 동시에 들어왔을 때 PC1의 데이터는 바로 보내고 PC2의 데이터는 메모리에 보관했다가 PC1 데이터가 전송되고 보내면 되겠다! 

기존 허브는 들어온 데이터를 브로드캐스팅하는 기능만 있었지만, 위 아이디어 구현을 위해서는 메모리와 이를 처리하는 프로세서가 필요해진다. 

여기서 또 아이디어가 떠오른다. 메모리와 프로세서를 넣는다면 모든 포트로 브로드캐스팅할 이유가 없네?

맞아! 목적지 MAC 주소를 보고 해당 MAC주소에만 데이터를 전송하면 네트워크의 혼잡도가 낮아질 거야! 

이런 아이디어로 허브에 메모리와 CPU를 추가해 새로 만들어낸 것이 브리지(Bridge)이다.

브리지는 허브에서 생긴 콜리전 도메인을 나눌 수 있다. 

브리지에 PC가 4대 연결되어 있다면, 

허브였다면 허브와 연결된 모든 PC가 콜리전 도메인 이므로 모든 PC로 데이터를 브로드캐스팅하겠지만 

브리지는 PC1이 보낸 데이터에서 목적지 MAC주소가 PC4것을 확인하고 메모리에 있는 MAC주소 테이블을 참고해 PC4에만 데이터를 전송한다. 

PC2와 PC3은 불필요한 데이터를 받지 않아서 네트워크 트래픽이 적어진다. 

또한 충돌도 발생하지 않아서 CSMA/CD방식을 쓰지 않아서 전이중통신이 가능해진다. 

허브에 연결된 컴퓨터들은 같은 콜리전 도메인이지만스위치는 포트마다 콜리전 도메인이 존재한다. 

즉 콜리전 도메인을 나누는 역할을 한다!

콜리전 도메인이 나눠져 충돌이 발생하지 않기 때문에 CSMA/CD를 쓰지 않아도 되서 전이중통신이 가능해진다.

이전 시간에는 거리가 멀어질 때 리피터라는 장치로 연결해 통신할 수 있다는 걸 배웠다. 

여기서 연구실에 더 많은 컴퓨터가 들어올 때는 어떻게 할까 

랜카드를 PC에 추가로 연결하면 되는거 아닐까? 

PC1 ~ PC4까지 있을 때, 

PC1은 PC2,3,4와 통신하기 위해 랜카드 3개가 필요 

앞으로 컴퓨터 몇 대를 더 연결할지도 모르는데 컴퓨터 한 대당 랜카드를 하나씩 둔다면 확장성에 문제가 생길 것이다. 

어떻게하지?! 

이런 문제점 때문에 등장한 장치가 허브이다. 

허브의 뜻: 중심 

허브는 여러 대의 컴퓨터를 연결하는 중심이 되는 장치이다. 

컴퓨터는 서로 통신하기 위해서 직접 케이블로 연결하는 것이 아니라 중간에 있는 허브에 케이블로 연결한다. 

허브에는 랜선을 꼽을 포트가 있다. 

4대의 컴퓨터가 통신을 위해 허브에 연결할 때, 

PC1이 PC4에 데이터를 전송하고 싶다면 목적지 MAC 주소를 PC4로 설정하고 연결된 허브로 데이터를 보낸다. 

데이터를 수신한 허브는 수신한 포트를 제외한 나머지 포트로 데이터를 전송한다. 

즉 브로드 캐스팅을 한다. 

허브는 이 과정에서 PC1에서 전달되는 약해진 신호를 다시 증폭까지 한다. 

즉 리피터 역할도 한다. 이때문에 허브를 멀티포트 리피터 라고도 부른다. 

MAC주소에 상관없이 단순히 물리 신호를 브로드캐스팅 하므로 물리 계층에 해당하는 장치이다. 

PC2, PC3, PC4의 랜카드는 허브에서 온 아날로그 신호를 디지털 데이터로 바꾼다. 

랜카드는 프레임의 헤더에 적힌 목적지 MAC주소를 참조해 자신의 MAC주소와 비교한다. 

PC2와 PC3은 목적지 MAC주소가 자신의 MAC주소와 일치하지 않으므로 버린다. 

PC4는 목적지 MAC 주소가 자신의  MAC 주소와 일치하므로 이 데이터를 상위 계층으로 보내 처리합니다. 

허브의 등장으로 연결할 때마다 랜카드를 추가할 필요없이 통신할 수 있게 됐다~! 

더 많은 PC를 연결하고 싶으면 더 큰 허브를 사야할까? 

10포트 짜리 허브를 사도 되고 

만약에 5포트 짜리 2개 허브가 있다면 

허브끼리 서로 연결하고, 여기에 컴퓨터를 연결하면 8대 컴퓨터가 통신이 가능해 지는 것이다. 

그럼 컴퓨터가 늘어날 때마다 허브를 추가하면 이론적으로 무한대로 연결할 수 있는것일까? 

안타깝지만 그럴 수 없다. 

동시에 신호를 보내고 싶지만, 허브는 브로드 캐스팅을 하기 때문에

충돌을 예방하기 위해 충돌이 발생하지 않을 때 전송한다. 

이를 CSMA/CD라고 한다. 

CSMA/CD는 한 순간에는 하나의 PC만 데이터를 전송한다는 것만 기억하자. 

허브는 구조상의 이유로 충돌이 발생할 수밖에 없고 충돌이 발생할 수 있는 영역을 

Collision Domain이라고 부른다. 

CSMA/CD를 사용해 반이중 통신( 송신을 하는 동안엔 수신을 할 수 없고, 수신을 하는 동안엔 송신을 할 수 없는 통신)* https://dipping.tistory.com/19

이 되어 버렸는데, 만약 PC가 추가될 때마다 허브에 PC를 연결하게 된다면 

하나의 콜리전 도메인에 많은 PC가 있게 되고, 

100대가 연결되었다면 한 순간에 하나의 PC만 데이터를 전송할 수 있으므로 통신속도가 매우 느려지게 된다. 

이것이 허브의 한계이고 데이터링크 계층에서 배울 브리지, 스위치가 등장하는 이유이다. 

<정리> 

허브는 케이블로 두 대의PC 가 직접 통신하는 방식에서 여러 대가 통신할 수 있도록 해주는 혁신적인 장치이다. 

1개의 랜카드로 여러 PC가 통신이 가능하게 된 것이다! 

신호도 증폭해줘서 리피터역할도 한다.(멀티포트 리피터)

하지만 연결된 모든 PC에 브로드캐스팅을 하므로 충돌이 발생할 수 있고 CSMA/CD로 충돌을 예방한다. 

즉 한순간에 하나의 PC만 데이터를 전송할 수 있다. (반이중 통신)

충돌이 발생할 수 있는 영역을 콜리전 도메인이라고 부르고 콜리전 도메인에 많은 컴퓨터가 연결되면 속도가 떨어진다는 단점이 있다. 

따라서 많은 PC를 연결할 수 없다. 

허브는 데이터링크 계층의 기술인 MAC 주소를 구분하지 않기 땜누에 물리 계층에 해당하는 장치이다.