리피터와 허브의 구조
리피터와 허브의 구조
1. 물리 계층 장비 개요
물리 계층 장비란?
- OSI 7계층 중 **1계층 (물리 계층)**에서 동작하는 네트워크 장비
- 전기 신호를 다루는 장비
- 데이터의 내용을 해석하지 않음
물리 계층 장비의 분류
┌─────────────────────────────────────────────────────────────┐
│ 물리 계층 장비 │
├───────────────────────────┬─────────────────────────────────┤
│ 리피터 │ 허브 │
├───────────────────────────┼─────────────────────────────────┤
│ • 1:1 연결 │ • 다중 포트 (4, 8, 16, 24포트) │
│ • 신호 증폭/재생 │ • 다중 장비 연결 │
│ • 전송 거리 연장 │ • 신호 증폭 + 분배 │
│ • 현재 거의 사용 안 함 │ • 스위치로 대체됨 │
└───────────────────────────┴─────────────────────────────────┘2. 리피터 (Repeater)
리피터란?
- 물리 계층에서 동작하는 네트워크 중계 장비
- 전기 신호를 **정형(복원)**하고 증폭하는 기능
- 통신하는 상대방이 멀리 있을 때 사이에 배치
리피터가 필요한 이유 - 신호 감쇄
전송 거리에 따른 신호 감쇄:
송신측 수신측
┌──┐ ┌──┐ ┌─┐ ┌─┐
│ │ │ │ 신호가 약해짐 │ │ │ │
│ │ │ │ ────────────────→ │ │ │ │
└──┘ └──┘ └─┘ └─┘
강한 신호 약한 신호
↓ 신호가 너무 약해지면
╔═══════════════════════════╗
║ 데이터 손실 / 오류 발생 ║
╚═══════════════════════════╝케이블 최대 전송 거리
| 케이블 종류 | 최대 거리 | 이유 |
|---|---|---|
| UTP (Cat5e/Cat6) | 100m | 전기 신호 감쇄 |
| 동축 케이블 (10BASE2) | 185m | 저항으로 인한 손실 |
| 동축 케이블 (10BASE5) | 500m | 두꺼운 케이블로 손실 적음 |
| 광케이블 (SMF) | 수십 km | 빛 신호 사용 |
리피터의 동작 원리
리피터 동작 과정:
[PC A] ═══════ 100m ═══════ [리피터] ═══════ 100m ═══════ [PC B]
1단계: 약해진 신호 수신
─────────────────────
┌─┐ ┌─┐
│ │ │ │ 약한 신호 → [리피터]
└─┘ └─┘
2단계: 신호 정형 (일그러진 파형 복원)
─────────────────────────────────────
┌─╮ ╭─┐ ┌──┐ ┌──┐
│ ╰─╯ │ → │ │ │ │
└─────┘ └──┘ └──┘
일그러진 신호 복원된 신호
3단계: 신호 증폭 및 재전송
─────────────────────────
┌──┐ ┌──┐
│ │ │ │ 강한 신호 → [PC B]
└──┘ └──┘리피터 구조
┌─────────────────────────────────────────────────────────────┐
│ 리피터 │
│ ┌─────────────────────────────────────────────────────┐ │
│ │ │ │
│ │ ┌───────────┐ ┌───────────┐ ┌───────────┐ │ │
│ │ │ 수신부 │ │ 증폭회로 │ │ 송신부 │ │ │
│ │ │(Receiver) │ → │(Amplifier)│ → │(Transmit) │ │ │
│ │ └───────────┘ └───────────┘ └───────────┘ │ │
│ │ ↑ │ │ │
│ │ ┌────┴────┐ ┌────┴────┐ │ │
│ │ │ 포트 1 │ │ 포트 2 │ │ │
│ │ │ (IN) │ │ (OUT) │ │ │
│ │ └─────────┘ └─────────┘ │ │
│ │ │ │
│ └─────────────────────────────────────────────────────┘ │
│ │
│ [케이블] ←──────────────────────────→ [케이블] │
└─────────────────────────────────────────────────────────────┘리피터의 특징
| 특징 | 설명 |
|---|---|
| 동작 계층 | 물리 계층 (1계층) |
| 연결 방식 | 1:1 (포트 2개) |
| 기능 | 신호 증폭, 정형 |
| 주소 인식 | 불가 (MAC/IP 모름) |
| 데이터 해석 | 불가 |
| 현재 사용 | 거의 사용 안 함 |
리피터 사용 예시
리피터를 이용한 전송 거리 확장:
[서버룸] ══ 100m ══ [리피터] ══ 100m ══ [사무실 1]
│
[리피터] ══ 100m ══ [사무실 2]
※ 리피터는 최대 4개까지 연결 가능 (5-4-3 규칙)
- 5개 세그먼트
- 4개 리피터
- 3개 세그먼트에만 호스트 연결 가능3. 허브 (Hub)
허브란?
- 물리 계층에서 동작하는 네트워크 장비
- 포트를 여러 개 가진 장비 (보통 4, 8, 16, 24포트)
- **리피터 허브(Repeater Hub)**라고도 불림
- 리피터 기능 + 다중 포트 = 여러 대의 컴퓨터 연결 가능
허브의 구조
┌─────────────────────────────────────────────────────────────┐
│ 허브 (HUB) │
│ ┌─────────────────────────────────────────────────────┐ │
│ │ │ │
│ │ ┌─────────────────────────────────────────────┐ │ │
│ │ │ 공유 버스 (백플레인) │ │ │
│ │ └─────────────────────────────────────────────┘ │ │
│ │ ↑ ↑ ↑ ↑ ↑ ↑ ↑ │ │
│ │ ┌─┴─┐ ┌─┴─┐ ┌─┴─┐ ┌─┴─┐ ┌─┴─┐ ┌─┴─┐ ┌─┴─┐ │ │
│ │ │ 1 │ │ 2 │ │ 3 │ │ 4 │ │ 5 │ │ 6 │ │ 7 │ │ │
│ │ └─┬─┘ └─┬─┘ └─┬─┘ └─┬─┘ └─┬─┘ └─┬─┘ └─┬─┘ │ │
│ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │
│ │ ┌─┴─┐ ┌─┴─┐ ┌─┴─┐ ┌─┴─┐ ┌─┴─┐ ┌─┴─┐ ┌─┴─┐ │ │
│ │ │RJ │ │RJ │ │RJ │ │RJ │ │RJ │ │RJ │ │RJ │ │ │
│ │ │45 │ │45 │ │45 │ │45 │ │45 │ │45 │ │45 │ │ │
│ │ └───┘ └───┘ └───┘ └───┘ └───┘ └───┘ └───┘ │ │
│ │ │ │
│ │ [LED 표시등: 링크/활동 상태] │ │
│ │ ● ● ● ● ● ● ● │ │
│ └─────────────────────────────────────────────────────┘ │
│ │
│ 전원 업링크 │
│ [PWR] [UPLINK] │
└─────────────────────────────────────────────────────────────┘허브의 동작 원리 - 플러딩 (Flooding)
허브의 데이터 전송 방식:
PC-A가 PC-C에게 데이터를 보내려고 할 때:
┌──────────────────────────┐
│ HUB │
│ ┌────────────────────┐ │
│ │ 공유 버스 │ │
│ └────────────────────┘ │
│ ↑ ↑ ↑ ↑ │
└────┼────┼────┼────┼────┘
│ │ │ │
[PC-A][PC-B][PC-C][PC-D]
│
데이터 전송
"PC-C에게"
결과:
┌─────────────────────────────────────────────────────────────┐
│ │
│ PC-A → HUB │
│ │
│ HUB는 받은 데이터를 모든 포트로 전송 (플러딩) │
│ │
│ PC-B: "나한테 온 게 아니네" → 무시 (폐기) │
│ PC-C: "나한테 온 거다!" → 수신 │
│ PC-D: "나한테 온 게 아니네" → 무시 (폐기) │
│ │
└─────────────────────────────────────────────────────────────┘더미 허브 (Dummy Hub)
┌─────────────────────────────────────────────────────────────┐
│ 왜 "더미 허브"인가? │
├─────────────────────────────────────────────────────────────┤
│ │
│ 허브는 "스스로 판단하지 않는다" │
│ │
│ ✗ 목적지 주소를 확인하지 않음 │
│ ✗ MAC 주소를 학습하지 않음 │
│ ✗ 어디로 보내야 할지 모름 │
│ │
│ → 그래서 모든 포트에 데이터를 전송 │
│ → "멍청한(Dummy)" 장비라는 의미 │
│ │
│ ※ 이 문제를 해결한 장비가 "스위치(Switch)" │
│ │
└─────────────────────────────────────────────────────────────┘4. 콜리전 도메인 (Collision Domain)
콜리전(충돌)이란?
- 두 개 이상의 장비가 동시에 데이터를 전송할 때 발생
- 전기 신호가 서로 겹쳐서 깨지는 현상
콜리전 발생 과정
콜리전 발생 시나리오:
시점 1: PC-A와 PC-C가 동시에 전송 시작
─────────────────────────────────────────
[PC-A] ─────→ ←───── [PC-C]
데이터 데이터
시점 2: 허브 내부에서 신호 충돌
─────────────────────────────────────────
┌──────────────┐
│ HUB │
│ │
│ ╳ 충돌! ╳ │
│ │
└──────────────┘
시점 3: 깨진 신호 전파
─────────────────────────────────────────
[PC-A] [PC-B] [PC-C] [PC-D]
↓ ↓ ↓ ↓
~~~~ ~~~~ ~~~~ ~~~~
(깨진 신호 = JAM 신호)
시점 4: 모든 PC가 콜리전 감지 → 재전송 대기콜리전 도메인
허브 환경의 콜리전 도메인:
┌─────────────────────────────────────────────────────────────┐
│ 하나의 콜리전 도메인 │
│ │
│ ┌─────────┐ │
│ ┌─────────┤ HUB ├─────────┐ │
│ │ └────┬────┘ │ │
│ │ │ │ │
│ [PC-A] [PC-B] [PC-C] │
│ │
│ ※ 허브에 연결된 모든 장비가 하나의 콜리전 도메인을 공유 │
│ ※ 한 번에 하나의 장비만 전송 가능 │
│ │
└─────────────────────────────────────────────────────────────┘
스위치 환경의 콜리전 도메인:
┌───────┐ ┌───────┐ ┌───────┐
│ 도메인│ │ 도메인│ │ 도메인│
│ 1 │ │ 2 │ │ 3 │
│[PC-A] │ │[PC-B] │ │[PC-C] │
└───┬───┘ └───┬───┘ └───┬───┘
│ │ │
└─────────┬─┴───────────┘
┌────┴────┐
│ SWITCH │
└─────────┘
※ 스위치는 각 포트가 독립된 콜리전 도메인
※ 동시에 여러 장비가 전송 가능CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access / Collision Detection)
CSMA/CD 동작 과정:
1단계: 캐리어 감지 (Carrier Sense)
──────────────────────────────────
"다른 사람이 통신 중인가?"
[PC-A] ─── 케이블 상태 확인 ───
│
├─ 신호 있음 → 대기
└─ 신호 없음 → 전송 시작
2단계: 다중 접속 (Multiple Access)
──────────────────────────────────
"누구나 전송할 수 있다"
케이블이 비어 있으면 바로 전송
3단계: 충돌 감지 (Collision Detection)
──────────────────────────────────
"전송 중 충돌이 발생했는가?"
[PC-A] 전송 중...
│
├─ 충돌 감지 → JAM 신호 전송
│ → 랜덤 시간 대기
│ → 재전송
└─ 충돌 없음 → 전송 완료5. 반이중 vs 전이중 통신
통신 방식 비교
반이중 (Half Duplex) - 허브 환경:
─────────────────────────────────
[PC-A] ←────── 또는 ──────→ [PC-B]
• 한 번에 한 방향만 통신
• 워키토키처럼 동작
• 충돌 발생 가능
전이중 (Full Duplex) - 스위치 환경:
─────────────────────────────────
[PC-A] ←────────────────────→ [PC-B]
←────────────────────→
• 동시에 양방향 통신
• 전화처럼 동작
• 충돌 없음 (별도 회선)속도 비교
| 항목 | 반이중 (허브) | 전이중 (스위치) |
|---|---|---|
| 100Mbps 기준 | 실효 50Mbps | 실효 100Mbps |
| 동시 통신 | 불가 | 가능 |
| 충돌 | 발생 | 없음 |
| CSMA/CD | 필요 | 불필요 |
| 대역폭 활용 | 낮음 | 높음 |
6. 허브 vs 스위치 비교
상세 비교
| 항목 | 허브 (Hub) | 스위치 (Switch) |
|---|---|---|
| 동작 계층 | 물리 계층 (1계층) | 데이터링크 계층 (2계층) |
| 데이터 전송 | 모든 포트 (플러딩) | 목적지 포트만 |
| MAC 주소 학습 | 불가 | 가능 (MAC 테이블) |
| 콜리전 도메인 | 전체가 하나 | 포트별로 분리 |
| 통신 방식 | 반이중 | 전이중 |
| 대역폭 | 공유 | 포트별 독립 |
| 성능 | 낮음 | 높음 |
| 가격 | 저렴 | 비쌈 |
| 현재 사용 | 거의 없음 | 일반적 |
대역폭 비교 예시
허브: 대역폭 공유
─────────────────────────────────────────────
100Mbps 허브에 4대 연결
┌────────────────────────────┐
│ 100Mbps 공유 대역폭 │
└──┬─────┬─────┬─────┬──────┘
│ │ │ │
[PC1] [PC2] [PC3] [PC4]
25Mbps 25Mbps 25Mbps 25Mbps (나눠서 사용)
스위치: 대역폭 독립
─────────────────────────────────────────────
100Mbps 스위치에 4대 연결
┌────────────────────────────┐
│ 스위치 │
└──┬─────┬─────┬─────┬──────┘
│ │ │ │
[PC1] [PC2] [PC3] [PC4]
100Mbps 100Mbps 100Mbps 100Mbps (각각 독립)7. Auto MDI-X
MDI와 MDI-X
┌─────────────────────────────────────────────────────────────┐
│ MDI vs MDI-X │
├──────────────────────────┬──────────────────────────────────┤
│ MDI (Media Dependent │ MDI-X (Media Dependent │
│ Interface) │ Interface Crossover) │
├──────────────────────────┼──────────────────────────────────┤
│ • 컴퓨터 │ • 스위치 │
│ • 라우터 │ • 허브 │
│ • 서버 │ │
├──────────────────────────┼──────────────────────────────────┤
│ TX (송신): 1, 2번 핀 │ TX (송신): 3, 6번 핀 │
│ RX (수신): 3, 6번 핀 │ RX (수신): 1, 2번 핀 │
└──────────────────────────┴──────────────────────────────────┘케이블 선택 규칙 (Auto MDI-X 이전)
다이렉트 케이블 사용:
─────────────────────────
[MDI 장비] ═══ 다이렉트 ═══ [MDI-X 장비]
예시:
[컴퓨터] ══════════════════ [스위치/허브]
[라우터] ══════════════════ [스위치/허브]
크로스 케이블 사용:
─────────────────────────
[MDI 장비] ═══ 크로스 ═══ [MDI 장비]
[MDI-X 장비] ═══ 크로스 ═══ [MDI-X 장비]
예시:
[컴퓨터] ══════════════════ [컴퓨터]
[스위치] ══════════════════ [스위치]
[허브] ════════════════════ [허브]Auto MDI-X란?
┌─────────────────────────────────────────────────────────────┐
│ Auto MDI-X (Auto Medium-Dependent Interface │
│ Crossover) │
├─────────────────────────────────────────────────────────────┤
│ │
│ • 다이렉트 케이블과 크로스 케이블을 자동으로 판단하는 기능 │
│ │
│ • MDI와 MDI-X 차이를 자동으로 감지 │
│ │
│ • 연결 신호를 자동으로 전환 │
│ │
│ • 케이블 배선 실수로 인한 통신 문제 해결 │
│ │
│ • 대부분의 기가비트 이상 장비에서 지원 │
│ │
├─────────────────────────────────────────────────────────────┤
│ │
│ 결론: 현대 장비에서는 케이블 종류를 고려하지 않아도 됨 │
│ (다이렉트 케이블만 사용해도 OK) │
│ │
└─────────────────────────────────────────────────────────────┘8. 실제 네트워크에서의 위치
네트워크 구성도
인터넷 연결 구성 (과거):
[인터넷]
│
[라우터]
│
┌────┴────┐
│ 허브 │
└────┬────┘
┌──────┬────┼────┬──────┐
│ │ │ │ │
[PC1] [PC2] [PC3] [PC4] [프린터]
현대 네트워크 구성:
[인터넷]
│
[라우터]
│
┌────┴────┐
│ 스위치 │ ← 허브 대신 스위치 사용
└────┬────┘
┌──────┬────┼────┬──────┐
│ │ │ │ │
[PC1] [PC2] [PC3] [PC4] [프린터]허브가 사라진 이유
┌─────────────────────────────────────────────────────────────┐
│ 허브에서 스위치로 전환된 이유 │
├─────────────────────────────────────────────────────────────┤
│ │
│ 1. 성능 문제 │
│ • 모든 트래픽이 모든 포트로 전송 → 네트워크 혼잡 │
│ • 충돌 발생으로 실제 처리량 감소 │
│ │
│ 2. 보안 문제 │
│ • 모든 데이터가 모든 포트로 전송 │
│ • 스니핑(도청) 공격에 취약 │
│ │
│ 3. 확장성 문제 │
│ • 장비가 늘어날수록 성능 급격히 저하 │
│ • 대역폭 공유로 병목 현상 │
│ │
│ 4. 스위치 가격 하락 │
│ • 스위치와 허브의 가격 차이가 거의 없어짐 │
│ │
└─────────────────────────────────────────────────────────────┘핵심 정리
| 개념 | 설명 |
|---|---|
| 리피터 | 전기 신호를 정형하고 증폭하는 1계층 장비, 1:1 연결 |
| 허브 | 다중 포트 리피터, 받은 데이터를 모든 포트로 전송 |
| 더미 허브 | 목적지를 판단하지 못해 모든 포트로 전송하는 허브의 별칭 |
| 플러딩 | 수신한 데이터를 모든 포트로 전송하는 방식 |
| 콜리전 도메인 | 충돌이 발생할 수 있는 네트워크 영역 |
| CSMA/CD | 충돌 감지 및 재전송 프로토콜 |
| 반이중 통신 | 한 번에 한 방향만 통신 가능 (허브) |
| Auto MDI-X | 케이블 종류를 자동 판단하는 기능 |
리피터와 허브의 공통점/차이점
공통점:
┌─────────────────────────────────────────────────────────────┐
│ • 물리 계층 (1계층) 장비 │
│ • 전기 신호를 정형하고 증폭 │
│ • MAC 주소를 인식하지 못함 │
│ • 받은 데이터를 모든 연결 장비에 전송 │
└─────────────────────────────────────────────────────────────┘
차이점:
┌─────────────────────────────────────────────────────────────┐
│ 리피터 허브 │
├─────────────────────────────────────────────────────────────┤
│ • 1:1 연결 (포트 2개) • 다중 연결 (포트 여러 개) │
│ • 단순 중계기 • 여러 대 연결 가능 │
└─────────────────────────────────────────────────────────────┘용어 정리
- 리피터 (Repeater): 전기 신호를 증폭하고 정형하여 전송 거리를 연장하는 장비
- 허브 (Hub): 리피터 허브라고도 하며, 여러 포트를 가진 다중 연결 장비
- 더미 허브 (Dummy Hub): 목적지를 판단하지 못하고 모든 포트로 전송하는 허브
- 플러딩 (Flooding): 받은 데이터를 모든 포트로 전송하는 방식
- 콜리전 (Collision): 두 개 이상의 신호가 동시에 전송되어 충돌하는 현상
- CSMA/CD: 충돌을 감지하고 재전송하는 이더넷 프로토콜
- Auto MDI-X: 케이블 종류를 자동으로 판단하여 신호를 전환하는 기능