Network기기-스위치와 라우터(L2, L3 중심)

네트워크 계층 구조와 네트워크 기기

애플리케이션 계층 : L7 스위치

인터넷 계층 : 라우터, L3 스위치

데이터링크 계층 : L2 스위치, 브리지

물리 계층 : NIC, 리피터, AP

스위치?

1. 정의?

네트워크 스위치는 컴퓨터와 같은 2개 이상의 IT 디바이스가 서로 통신하도록 허용하는 장비

• IT 디바이스는 네트워크상에서 "패킷"을 교환하는 방식으로 통신함
  • 기본 스위치는 특정 디바이스의 패킷을 다른 디바이스로 전달함
  • 패킷을 지정된 목적지에 보내도 될지 결정하는 등 좀 더 복잡한 작업은 보통 다른 유형의 네트워크 디바이스가 담당
• 스위치는 전용 어플라이언스의 형태일 수도 있고, 네트워크 라우터나 무선 액세스 포인트(AP) 등과 같이 데이터 패킷에 작업을 수행하는 다른 장비의 구성 요소일 수도 있음
• 기본적인 스위칭 기술은 수십 년 전부터 사용되어 왔으며 인터넷을 포함한 오늘날 모든 IT 네트워크의 기본 요소 중 하나임

2. 스위치를 왜 쓰는거야?

• 허브와의 차이점을 통해 이해해보자

⇒ 허브가 뭐야?

기본적으로 허브는 이더넷 케이블을 위한 많은 연결(소켓)이 있는 상자.

허브는 수신한 모든 메시지를 연결된 모든 노드에 반복하고 이러한 노드는 자신을 위한 메시지만 필터링함(이 필터링은 이더넷 수준에서 발생)

들어오는 메시지는 목적지인 수신자의 이더넷 네트워크 주소를 전달함

⇒ 이 접근 방식의 문제는 허브가 특히 대규모 네트워크에서 많은 트래픽을 생성한다는 것임

⇒ 이 트래픽의 대부분은 하나의 노드만을 위한 것이지만 네트워크의 모든 노드로 전송되기 때문에 낭비됨

⇒ 해결하기 위한 방법?

오늘날 일반적으로 사용되는 솔루션은 스위치

스위치는 여전히 허브처럼 모든 노드를 서로 연결하지만 메시지가 어느 노드로 전달되는지에 있어 더 지능적

스위치는 들어오는 이더넷 메시지를 검사하여 어떤 노드가 의도된 수신자인지 확인한 다음 메시지를 해당 노드에 직접 전달

⇒ 이렇게 하면 다른 노드가 불필요하게 모든 트래픽을 수신하지 않음

스위치는 허브보다 비싸기 때문에 네트워크의 트래픽이 적은 부분은 허브를 사용하여 설정할 수 있으며 트래픽이 많은 노드는 스위치에 상호 연결되고 그림 2와 같이 허브 세그먼트도 스위치에 연결됨

라우터?

1. 정의?

라우터는 컴퓨팅 디바이스와 네트워크를 다른 네트워크에 연결하는 네트워킹 디바이스

라우터는 주로 3가지 기본 기능을 수행

• 경로 결정

라우터는 소스에서 대상으로 이동하는 데이터의 경로를 결정

(지연, 용량 및 속도와 같은 네트워크 지표를 분석하여 최상의 경로를 찾으려고 시도함)

• 데이터 전달

라우터는 선택한 경로의 다음 디바이스로 데이터를 전달하여 최종적으로 대상에 도달하도록 함

(디바이스와 라우터는 동일한 네트워크에 있거나 서로 다른 네트워크에 있을 수 있음)

• 로드 밸런싱

경우에 따라 라우터가 여러 경로를 사용하여 동일한 데이터 패킷의 여러 사본을 전송할 수도 있음

⇒ 이 방법을 통해 데이터 손실로 인한 오류를 줄이고 이중화를 구현하고 트래픽 볼륨을 관리

2. 라우터는 왜 쓰는거야?

네트워크가 분할된 경우에도 모든 노드는 여전히 서로 통신할 수 있는데, 이 때 네트워크를 연결하기 위해 라우터 또는 게이트웨이 가 사용함

3. 라우터 vs. 게이트웨이?

라우터는 두 개의 서로 다른 네트워크에 연결되어 있으며, 그림 4와 같이 두 네트워크 간에 패킷을 전달함

일반적인 홈 네트워크에서 라우터는 네트워크와 인터넷 간의 연결을 제공

게이트웨이는 하나의 네트워크 시스템 또는 프로토콜과 다른 네트워크 시스템 간에 변환을 시행한다는 점을 제외하고는 라우터와 동일

예를 들어 NAT 프로토콜은 NAT 게이트웨이를 사용하여 사설 네트워크를 인터넷에 연결함

스위치 vs. 라우터?

1. 주요 차이점

스위치는 주로 레이어 2 연결을 제공하는 기능을 하고 라우터는 레이어 3 연결을 제공함

2. 그게 어떤 뜻이야?

• 상위 단계에서 이는 스위치를 통해 호스트들이 공통 네트워크(예: 근거리 통신망 – LAN)에 있는 한 호스트들이 통신이 가능함을 의미
• 반면, 라우터는 서로 다른 네트워크가 서로 통신할 수 있도록 하고 서로 다른 호스트가 서로 다른 원격 네트워크에 연결되어 있어도 통신을 허용

3. 엔터프라이즈 네트워크에서 인기있는 한 네트워크 토폴로지를 바탕으로 비교해보자

• 이 다이어그램은 L2/L3 스위치와 라우터에 대해 비교하기 좋음

• Layer2 스위치
  • 가장 일반적인 스위치 유형(데이터 링크 레이어)
  • Layer2와 Layer3 모두에서 작동 가능한 고급 스위치도 있음
  • 시나리오를 통해 이해해보자
  • 호스트 A 가 TCP/IP 네트워크에서 다른 호스트 B 와 통신하려고 할 때 대상 호스트 B의 MAC 주소를 찾기 위해 ARP(주소 결정 프로토콜, Address Resolution Protocol) 요청을 보냄
  • 호스트 A는 호스트 B의 IP 주소를 알고 있지만 해당 호스트에 도달하는 방법을 정확히 알지 못함(MAC 주소를 모름)
  • ARP 요청은 스위치의 다른 모든 호스트로 브로드캐스트되어 이런 질문을 함 “나는 IP 주소가 abcd 인 호스트와 통신하고 싶어. 이 호스트의 MAC 주소가 뭐야?”
  • 호스트 B가 호스트 A와 동일한 스위치(또는 Layer2 브로드캐스트 도메인)에 있는 경우 호스트B는 ARP에 응답하고 호스트A에 MAC 주소 제공
  • 스위치에 연결된 호스트는 동일한 스위치의 다른 호스트 및 인터페이스와 함께 Layer2 브로드캐스트 도메인을 구성함
  • 쉽게 이해하기 위해, 브로드캐스트 도메인을 단일 LAN 연결로 생각해보자. 스위치는 연결된 모든 호스트의 모든 MAC 주소를 학습하고 모든 MAC 주소에 도달 가능한 물리적 포트도 알고있음
  • 스위치를 사용하면 이러한 브로드캐스트 도메인을 분할 가능. 하나의 브로드캐스트 도메인에 너무 많은 호스트가 있으면 네트워크에 적합하지 않은 브로드캐스트 트래픽이 많이 발생할 수 있음
  • 이로인해, 지연이 발생할 수 있고 이를 확인하지 않으면 서비스 중단 및 손실 발생 가능. 스위치는 어떤 LAN 인터페이스가 속해있는지, 즉 그것이 속한 브로드캐스트 도메인을 선택할 수 있는 기능이 있음
  • 가상 LAN 또는 VLAN을 만들어 이를 수행. 단일 스위치에는 수천개의 VLAN이 동시에 실행될 수 있음
  • 스위치가 직면한 문제는 호스트를 서로 다른 VLAN으로 분리할 때 스위치에 Layer3 기능이 없으면 장치가 VLAN 간에 통신할 수 없다는 것임 ⇒ 여기서 라우터나 L3 스위치가 등장함
• Layer3 스위치 기능
  • Layer3 스위치는 Layer2와 Layer3 모두에서 작동하는 콤보 장치임 ⇒ Layer3 스위치는 포트 간에 이더넷 프레임을 전달하지만, 라우팅 테이블과 Layer3 IP 주소를 기반으로 라우팅 결정도 내릴 수 있음
  • 예를 들어, 3개의 서로 다른 VLAN이 구성된 Layer2 스위치가 있다고 가정했을 때, VLAN 2의 호스트가 VLAN3(다른 Layer3 서브넷에 속함)의 호스트와 통신하려는 경우, L2 스위치는 VLAN간에 트래픽을 라우팅할 수 없음
  • 이제 3개의 서로 다른 VLAN이 있는 Layer3 스위치가 있다고 가정해보자. 이제 이 유형의 스위치는 Layer3 서브넷과 IP 주소를 알고있고 이러한 세그먼트 간 패킷을 라우팅할 수 있기 때문에 VLAN 간 라우팅도 제공 가능
  • 위의 다이어그램에서도 볼 수 있듯이 Layer3 스위치는 호스트를 직접 연결할 수 있으며 VLAN 간의 라우팅을 제공하기 위해 다른 Layer2 스위치도 연결 가능
• 라우터의 기능
  • 라우터를 사용하면 서로 다른 LAN 또는 네트워크가 서로 통신할 수 있음
  • 라우터의 메모리에 저장된 라우팅 테이블 내부에는 장치가 알고 있는 모든 네트워크와 거기에 도달하는 방법에 대한 자세한 정보가 있음
  • 위의 그림과 같이 네트워크 스위치는 내부 호스트와 VLAN에 이더넷 연결을 제공하기 위해 대부분 내부 LAN 네트워크에 존재함
  • 반면에, 라우터는 일반적으로 내부 LAN과 외부 WAN(예: 인터넷 또는 다른 WAN 네트워크) 사이의 경계를 제공하기 위해 경계에 연결됨
  • 라우팅 테이블은 동적으로(Dynamic routing protocol) 또는 정적으로(관리자가 장치에서 고정 경로 구성)으로 구축됨
  • 라우터가 특정 대상 IP에 도달해야 하는 패킷을 수신하면 라우팅 테이블에서 일치하는 항목을 찾음. 일치하는 항목이 발견되면, 라우터는 해당 대상 IP에 대한 다음 hop(컴퓨터 네트워크에서 출발지와 목적지 사이에 위치한 경로의 한 부분) 게이트웨이가 무엇인지 확인하고 적절한 물리적 또는 논리적 인터페이스로 패킷을 보냄
  • 컴퓨터와 프린터가 있고 사무실의 공통 서브넷에 IP가 있는 두 개의 장치가 있는 경우 두 장치가 통신하는 데 스위치만 있으면 됨. 공통 VLAN에 배치하고 트래픽을 직접 보낼 수 있음
  • 그러나 다른 네트워크에 있는 프린터에서 멀리 떨어진 사무실에 있는 무언가를 인쇄하기 위해 컴퓨터가 필요하다고 가정했을 때, 컴퓨터에서 패킷을 가져와 별도의 서브넷에 있는 IP에 도달하도록 지시할 수 있는 경로에 라우터가 필요

4. Layer2 스위치 vs. 라우터

• 스위치
  • 스위치를 사용하면 장치가 공통 네트워크에서 통신할 수 있을 뿐만 아니라 이러한 네트워크를 더 작은 브로드캐스트 도메인으로 나눌 수 있음.
  • 스위치는 레이어 2의 호스트 간에 트래픽을 전달하기 위해 연결된 모든 호스트의 모든 MAC 주소를 학습함.
• 라우터
  • 라우터를 사용하면 레이어 3에서 서로 다른 네트워크를 사용하고 트래픽을 서로 전달할 수 있음
  • 라우터는 다른 네트워크에 도달하는 방법에 대한 맵("라우팅 테이블")을 구축하고 "트래픽 cops"로 작동하여 어디로 가야 하는지 지시. 먼 목적지에 도달하기 위해 패킷을 보냄.
• 스위치와 라우터는 몇 가지 하드웨어적 차이점이 존재
  • 스위치 연결은 이더넷 포트(예: electrical RJ45, fiber gigabit ports 등)만 사용하여 호스트를 네트워크에 연결
  • 라우터에는 ADSL, 케이블, 광섬유, 전화 접속 등(이더넷 포함)과 같은 다양한 유형의 포트가 있을 수 있음

5. Layer3 스위치 vs. 라우터

• Layer3 스위치는 순수한 레이어 2 기능 외에 라우팅 기능도 제공할 수 있음
• Layer3 스위치와 라우터의 유사점
  • 두 장치 모두 각 IP 패킷이 장치를 통해 전달되는 방법을 결정하기 위해 라우팅 테이블을 가지고 있음
  • 둘 다 각 패킷 헤더에 포함된 대상 IP 주소를 살펴본 다음 각 대상 네트워크에 도달할 수 있는 위치와 관련된 정보를 제공하는 라우팅 테이블을 확인
  • 라우팅 테이블을 구축하기 위해 L3 스위치와 라우터 모두 OSPF , RIP 등과 같은 동적 라우팅 프로토콜 또는 정적으로 구성된 경로를 지원
  • 또한 두 장치 모두 네트워크 간의 트래픽을 허용하거나 차단하기 위해 패킷(일반적으로 액세스 제어 목록 사용)에 대한 트래픽 제어를 시행할 수 있음(이러한 액세스 제어 목록은 일반적으로 TCP 계층 4까지 작동할 수 있으므로 포트 수준에서도 트래픽을 제어할 수 있음(예: 포트 443에서 IP 5.5.5.5에 대한 트래픽 허용))
• Layer3 스위치와 라우터의 차이점
  • 주요 차이점은 라우터 장치는 다양한 유형의 WAN 인터페이스를 지원하는 반면 스위치는 여러 이더넷 포트(예: RJ45 전기 포트 또는 다중 기가비트 광섬유 포트)로 구성된다는 것
  • 반면에 라우터는 광섬유, ADSL, 케이블, ATM, 프레임 릴레이, 전기 이더넷 등과 같은 다양한 WAN 인터페이스를 지원할 수 있음
  • 또한 스위치의 포워딩 성능은 하드웨어 ASIC 칩을 사용하여 패킷 포워딩을 수행하는 반면 라우터는 일반적으로 소프트웨어 라우팅(일부 고급 라우터 제외)을 사용하기 때문에 라우터보다 훨씬 높음
  • Layer3 스위치는 라우터와 같은 기본 라우팅 기능을 제공할 수 있지만, 이는 스타 토폴로지의 이더넷 물리적 연결(LAN 네트워크)에서만 가능
  • 반면에 라우터는 QoS(트래픽에 대한 서비스 품질), 터널 종료(예: VPN의 경우 GRE 또는 IPSEC), NAT(네트워크 주소 변환), BGP 등과 같은 고급 라우팅 프로토콜과 같은 고급 네트워킹 기능을 지원
• Layer3 스위치의 사용 사례
  • 레이어 3 스위치는 주로 캠퍼스 LAN 네트워크, 데이터 센터 및 대규모 내부 기업 네트워크에서 VLAN 간의 라우팅을 제공하는 데 사용
  • 포트 밀도가 크기 때문에 여러 내부 호스트를 수용할 수 있으며 기가비트, 10기가비트 등과 같은 초고속으로 작동
  • 대규모 내부 LAN을 여러 VLAN으로 분할하고 VLAN 간에 라우팅을 제공하려는 경우 L3 스위치가 이러한 시나리오에 이상적
• 라우터의 사용 사례
  • 주요 사용 사례는 위에서 설명한 대로 WAN 연결을 위한 것
  • 특히, WAN redundancy 또는 인터넷 액세스 redundancy를 제공하려는 경우 라우터는 여러 WAN 네트워크에 연결하고 BGP(Border Gateway Protocol의 약자로 서로 다른 AS(망 식별번호 Autonomous System)를 연결해 주는 경계 게이트웨이 프로토콜)를 사용하여 페일오버(컴퓨터 서버, 시스템, 네트워크 등에서 이상이 생겼을 때 예비 시스템으로 자동전환되는 기능) 및 로드밸런싱(애플리케이션을 지원하는 리소스 풀 전체에 네트워크 트래픽을 균등하게 배포하는 방법)을 라우팅하는데 이상적
• 비교표레이어 3 스위치 라우터

  OSI 모델의 Layer 2 및 Layer 3 모두에서 작동	OSI 모델의 Layer 3에서만 작동
  이더넷 인터페이스만 지원(전기, 광)	이더넷, ADSL, 케이블, 파이버, ATM, E1 등과 같은 다양한 유형의 인터페이스 지원
  더 높은 전달 처리량	낮은 포워딩 처리량
  기본 라우팅 기능 지원	BGP, ISIS, MPLS 지원, VRF 등과 같은 더 많은 프로토콜로 고급 라우팅 기능을 지원
  고급 네트워킹 기능 없음	QoS, VPN, 터널링(GRE, IPSEC), NAT, VRF 등과 같은 고급 네트워킹 기능 지원
  비용 절감	더 높은 비용
  주로 내부 네트워크, 데이터 센터, 캠퍼스 LAN 등에서 사용	ISP 환경 등에서 LAN/WAN 사이의 경계 장치로 주로 사용
  높은 포트 밀도	낮은 포트 밀도
  더 작은 라우팅 테이블	대형 라우팅 테이블

• 일부 라우터 모델 예
  • 라우터는 다양한 사양과 기능으로 구분할 수 있음
  • 예를 들어, 네트워크 인터페이스의 수와 유형(주로 WAN 및 LAN), 하드웨어 성능(예: 처리할 수 있는 초당 패킷 수), 소프트웨어 기능(예: 지원하는 라우팅 프로토콜) 등
  • 보다 일반적인 범주에는 가정용 라우터, 비즈니스 라우터, 엔터프라이즈 모델, ISP 모델 등이 있음
• 일부 스위치 모델 예
  • 주로 하드웨어 기능과 가장 중요한 물리적 인터페이스 포트로 구별
  • 거의 모든 최신 스위치는 소형 가정용 모델에서도 최소한 기가비트 이더넷 포트를 지원하며 고급 모델은 10기가비트 포트와 광섬유 포트도 지원함

위의 자료는 다소 예전 기술 상의 스위치3, 라우터의 차이점이고 요즘에는 기술이 발전하면서 L3 스위치가 라우터를 거의 대체가능해졌음

(참조 : https://m.blog.naver.com/PostView.naver?isHttpsRedirect=true&blogId=nackji80&logNo=220228728915)

6. IP 패킷의 네트워크 흐름을 살펴보자

네트워크를 통해 컴퓨터 A에서 컴퓨터 B로 전송된 IP 패킷은 여러 네트워크 세그먼트를 통과해야 할 가능성이 높음

일부는 이더넷에 연결되고 일부는 WiFi에 연결됨

모든 네트워크 세그먼트는 다른 매체 액세스 방법을 사용하므로 프레임은 다르지만 패킷은 동일하게 유지됨

• 장치 A는 이더넷 프레임으로 캡슐화된 IP 패킷을 보냄
• 스위치는 프레임을 라우터인 다음 장치로 전환하여 프레임을 유지
• 라우터는 IP 헤더를 살펴보고 프레임을 스트립(캡슐화 해제)함
• 라우팅할 올바른 인터페이스를 선택한 후 패킷은 WiFi 프레임으로 캡슐화됨
• WiFi 프레임이 장치 B에 들어오면 장치가 프레임을 캡슐화 해제하고 IP 패킷을 해석함

스위치의 작동방식?

모든 장치에는 MAC 주소라는 하드코딩된 물리적 주소가 있음

컴퓨터가 다른 장치로 IP 패킷을 보내면 목적지인 장치 B의 MAC 주소와 자신의 MAC 주소를 소스로 사용하여 패킷을 프레임으로 캡슐화하여 보냄

프레임이 장치 B에 도착하면, 프레임이 제거되고 IP 패킷이 수신되고 이 과정에서 이더넷 스위치를 통과하게됨

1. 스위칭 프로세스

프레임이 스위치에 도착하면 스위치는 올바른 포트를 통해 프레임을 보내야 하며 이 리디렉션을 스위칭 이라고 함

프레임이 스위치 포트에 들어가면 스위치는 물리적 포트와 MAC 주소 쌍을 저장하는 메모리의 동적 테이블을 확인하여 프레임을 전달하는 데 사용할 포트를 인지함

• 이 때, 스위치는 IP 패킷을 조사하지 않고 대상 MAC 주소를 기반으로 프레임을 전달함
• 스위치는 테이블을 어떻게 구성하나?
  • 스위치는 MAC 학습 이라는 프로세스에서 mac 및 포트 쌍을 학습
  • 프레임이 스위치 포트에 처음 도착하면 스위치는 프레임 내의 소스 MAC 주소를 확인하고 수신된 포트 번호 옆에 저장
  • 이 프로세스는 CAM(Content Addressable Memory) 또는 TCAM(Ternary Content Addressable Memory)으로 알려진 테이블을 작성

• 아직 스위치에 알려지지 않은 대상 MAC 주소는?
  • 아래 그림에서 장치 B의 MAC 주소는 아직 스위치에 알려지지 않았음
  • 이 B장치의 MAC으로 향하는 프레임이 스위치 포트에 도착하면 스위치는 TCAM 테이블을 참조하고 MAC 주소를 찾지 못하면 수신된 포트를 제외한 모든 포트로 보내는 프레임을 복제함
  • 프레임이 의도되지 않은 모든 장치는 프레임을 삭제하고 장치 B만 이 프레임을 올바르게 해석함
  • 장치 B가 장치 A로 프레임을 다시 보낸 후 스위치는 장치 B MAC을 학습하고 테이블에 저장하고 이미 MAC 및 포트가 있기 때문에 프레임을 장치 A로 직접 전달합니다. (1A).

2. 스위치 및 브로드캐스트 트래픽

스위치는 특히 브로드캐스트 트래픽을 처리함

대상 MAC 주소가 모두 "1"이거나 FF:FF:FF:FF:FF:FF(16진수 표기법)인 프레임은 수신된 포트를 제외한 모든 포트에서 무조건 전송됨

브로드캐스트 트래픽은 ARP(Address Resolution Protocol) 와 같은 이더넷 작업에 매우 중요

⇒ 하지만, 브로드캐스트는 브로드캐스트 폭풍이나 원치 않는 트래픽 처리 또는 리소스 과사용과 같은 심각한 네트워크 문제의 원인이 될 수 있음

⇒ 그렇기 때문에 레이어 2의 적절한 트래픽 분할은 네트워크 보안과 안정성을 위해 매우 중요

3. 그런데, 프레임이 뭐야?

프레임은 패킷이 한 장치 인터페이스에서 다른 장치 인터페이스로 특정 매체를 통과할 수 있도록 하는 정보의 일부임

• 예를 들어 이더넷은 장치가 네트워크에 액세스하는 방법, 케이블 커넥터의 모양, 전송 속도, 마지막으로 비트 및 주소 구성 방법에 대한 많은 기술 매개변수를 설명함
• 따라서, 레이어 2는 장치의 매체 또는 인터페이스 유형과 엄격하게 연결됨 (레이어 2는 스위치가 작동하는 곳임, 빨간색으로 표시)

4. 이더넷 프레임

모든 IP 장치는 패킷을 생성하고 네트워크 액세스 유형에 관계없이 네트워크를 통해 전달됨

모든 액세스 유형은 자체 구조를 사용하여 해당 환경에서 데이터를 전달함

이더넷은 이더넷 프레임이라는 구조를 사용(프레임은 아래 그림과 같이 패킷을 "둘러싸고" 있음)

이더넷 환경을 통해 IP 패킷을 전송하기 위해서 이더넷 페이싱 장치는 프레임을 만드는 IP 패킷의 앞뒤에 여분의 비트를 추가함(이 비트 추가 프로세스를 캡슐화 라고 함)

프레임 헤더는 특히 소스 및 대상 MAC 주소를 포함함

소스 MAC 주소는 송신 장치의 물리적 주소이고, 대상 MAC 주소는 동일한 이더넷 세그먼트 내에서 대상 장치의 이더넷(물리적 인터페이스) 주소임

프레임은 이더넷 세그먼트에 고유하므로 프레임이 다수의 매개체와 다수의 분리된 이더넷 세그먼트를 횡단하지 못한다는 점을 기억하자

라우터가 아닌 스위치를 쓰는 경우는 왜 그럴까?

포트 밀도를 위해 설계됨

컴퓨터 간 직접 이더넷 연결이 있는 경우 이더넷 스위치가 필요한 이유는 무엇일까?

⇒ 하지만, 여기서 세 번째 장치를 장치 그룹(이더넷 세그먼트)에 연결해야 하는 경우 어떻게 해야 할까?

⇒ 이 때, 특정 논리를 가진 통신 장치가 필요하고 이것이 스위치의 목적임

이제 많은 수의 사용자와 유선 장치를 연결할 수 있는 장치가 필요함

이것은 라우터를 위한 것이 아님

대부분의 상황에서 라우터는 제한된 수의 포트를 가지고 있기 때문에 더 고급 기능으로 작동하며 더 비쌈

아래와 같이, 라우터가 있는 소규모 홈 네트워크(노트북 4대)를 인터넷 제공업체에 연결해야 한다고 가정해 보았을 때, 포트가 충분하지 않아 불가능 함!

스위치는 이러한 요구 사항에 적합한 매체임

스위치는 많은 이더넷 장치를 유선 연결하는 데 가장 적합한 네트워크 장치로 간주됨

라우터의 작동방식?

수십억 개의 컴퓨터 장치 간의 통신을 허용하려면 중간 네트워크 장치가 필요

⇒ 교차로 및 도로 표지판과 같은 라우터는 패킷을 소스에서 목적지로 적절하게 보냄

목적지 IP 주소를 검색하는 IP 패킷 헤더를 조사하고(패킷 헤더에 소스 및 목적지 IP가 포함됨) 로컬 라우팅 테이블을 기반으로 패킷을 목적지를 향하는 다음 홉으로 라우팅함

따라서 라우터는 레이어 3에서 작동함(IP 패킷은 네트워크 레이어 – 레이어 3의 통신 구조).

비트는 기계를 위한 언어의 한 형태이고 패킷은 네트워크를 가로지르는 이러한 비트의 시리즈(그룹)임

이러한 패킷이 네트워크를 통해 이동하는 메커니즘은 인터넷 프로토콜 덕분에 구성될 수 있음(IP는 공통 규칙, 구조 및 설명의 집합).

일반적으로 우리는 BITS 라고 부르는 기호 를 생성하고 보낼 준비가 된 IP 패킷으로 형성하는 엔드 장치  (노트북 또는 스마트폰과 같은)를 가지고  있음

전송할 정보의 양이 많을수록 더 많은 비트를 전송해야 하고 더 많은 패킷이 형성되어야 함

이러한 IP 패킷은 목적지를 향한 적절한 패킷 라우팅을  담당하는 라우터로 구성된 네트워크 의 경로를 따라 전송됨

라우터가 정보(비트)를 라우팅하는 방법을 이해할 수 있도록 하는 IP 패킷 내 정보는 무엇이 있을까?

• IP 패킷을 송수신하는 모든 장치에는 단순히  IP 주소 라고 하는 고유한 주소가 있음. IP 주소는 우편 집 주소와 같음  예를 들어, 누군가 시카고에서 애틀랜타로 엽서를 보내려면 봉투에 애틀랜타의 목적지 우편 주소를 적어야 함  이러한 봉투가 시카고 우체국에 도착하면 목적지 우편 주소와 대조하여 애틀랜타 우체국으로 전달됨 애틀랜타의 PO는 목적지 우편 주소(애틀랜타 포스트의 지역)를 기반으로 봉투를 배달할 위치를 알고 있음

• IP 주소의 목적은 우편 주소와 매우 유사하고 네트워크 내에서 발신자와 수신자를 찾음

• 라우터는 목적지를 향한 경로를 알고 있기 때문에 패킷을 올바른 방향으로 전달할 수 있음  ⇒ 라우터가 우체국과 같다고 생각하면, 라우팅 프로세스를 이해할 수 있음

1. 라우터가 패킷을 라우팅할 위치를 확인하는 방법

라우터에는 다른 네트워크 장치와 인터페이스하는 포트 또는 더 정확하게는 인터페이스가 있음

인터페이스는 패킷 전달에 사용되는 링크를 연결함.

링크는 케이블, 광섬유 또는 무선일 수 있음

2. 라우팅 프로세스

1. 패킷이 인터페이스(입구 인터페이스)로 들어 오면  라우터는 패킷을 보내는 데 사용해야 하는 인터페이스(출구 인터페이스)를 알아야 함
2. 라우터는 알려진 각 DESTINATION과 관련된 항목이 있는 ROUTING TABLE 에 대해 이를 확인
3. 각 Routing ENTRY 는 목적지 주소와 NEXT HOP device이라고 부르는 경로상의 다음 장치의 주소를 저장
4. 이제 NEXT HOP 주소가 있으면 라우터는 나가는 인터페이스를 결정 하고 패킷을 보낼 수 있음

• 정확히 지정된 주소가 있을 때, 다음과 같은 방식으로 동작함

1. 장치 A는 주소가 192.168.1.20인 장치 B로 IP 패킷을 보내고 이러한 패킷에는 장치 B의 대상 IP 주소(패킷 헤더에 있음)가 포함됨
2. 패킷이 라우터 1 인터페이스로 오고 라우터는 192.168.1.20인 패킷의 목적지 IP를 분석함

• 그런 다음 라우팅 항목을 조회하여 가장 일치하는 대상 을 찾음
• 장치 B의 IP에 도달하려면 패킷이 라우터 2(10.254.2.1을 통해)를 통해 보내져야 함
• 그런 다음 라우터 2가 인터페이스 2에서 액세스 가능한지 확인함
• 이제 라우터는 패킷을 보내기 위한 모든 정보를 가지고 있음

목적지까지의 경로를 따라 모든 라우터에서 동일한 프로세스가 발생함

 

부탁드리는 사항

혹시 잘못된 내용이나, 인용/차용 등에 있어 문제의 소지가 되는 내용이 있다면 언제든 알려주시면 큰 도움이 될 것 같습니다!

긴 글 읽어주셔서 감사합니다 :)

 

출처:
네트워크 계층구조와 기기 이미지
https://junroot.github.io/programming/OSI-7계층/
계층별 기기분류
(책) 면접을 위한 CS 전공지식 노트
스위치의 정의
https://www.juniper.net/kr/ko/research-topics/what-is-a-network-switch.html
라우터의 정의
https://aws.amazon.com/ko/what-is/routing/
스위치와 라우터의 기본적인 이해
https://www.iusmentis.com/technology/tcpip/networks/
스위치 vs. 라우터
https://www.networkstraining.com/router-vs-switch-in-networks/
스위치 작동방식
https://www.grandmetric.com/2018/03/08/how-does-switch-work-2/
라우터 작동방식
https://www.grandmetric.com/blog/2018/01/04/how-does-router-work/
패킷 스위칭
https://www.informit.com/articles/article.aspx?p=27569&seqNum=4