**허브(Hub)**란?
허브는 네트워크 장치로, 여러 컴퓨터나 네트워크 장치를 하나의 네트워크로 연결하는 역할을 합니다. 주로 소규모 네트워크에서 사용되며, 데이터를 단순히 전달하거나 증폭하는 기능을 수행합니다. 허브는 네트워크의 중심에서 각 장치 간의 데이터 통신을 가능하게 합니다.
허브의 작동 원리
- 데이터 전달 방식:
- 허브에 연결된 장치 중 하나가 데이터를 전송하면, 허브는 그 데이터를 모든 연결된 장치로 브로드캐스트합니다.
- 데이터를 받은 각 장치는 자신에게 해당하는 데이터인지 확인한 후, 자신과 관련 없는 데이터는 폐기합니다.
- 물리 계층에서 작동:
- 허브는 OSI 7계층 모델 중 **물리 계층(Layer 1)**에서 작동하며, 데이터를 단순히 전달하는 역할만 수행합니다.
- 데이터의 출발지와 목적지를 구분하지 않으며, 지능적인 처리가 불가능합니다.
- 신호 증폭:
- 허브는 리피터(Repeater)와 유사하게 신호를 증폭하여 더 먼 거리로 전송할 수 있도록 돕습니다.
허브의 특징
- 브로드캐스트 방식:
데이터를 모든 포트로 전송하기 때문에 네트워크 트래픽이 증가하고 충돌(Collision)이 발생할 가능성이 높습니다. - 충돌 도메인 공유:
허브에 연결된 모든 장치는 하나의 충돌 도메인을 공유하므로, 동시에 여러 장치가 데이터를 전송하면 충돌이 발생할 수 있습니다. - 단순한 구조:
허브는 복잡한 처리가 필요 없기 때문에 구조가 단순하고 설치가 쉽습니다.
허브의 장점과 단점
| 장점 | 단점 |
| 설치와 사용이 간단함 | 데이터를 모든 장치에 브로드캐스트하여 비효율적임 |
| 가격이 저렴함 | 충돌 도메인이 하나로, 충돌 발생 가능성이 높음 |
| 소규모 네트워크에 적합 | 보안성이 낮음 |
허브와 스위치의 차이
| 구분 | 허브(Hub) | 스위치(Switch) |
| 작동 계층 | 물리 계층 (Layer 1) | 데이터 링크 계층 (Layer 2) |
| 데이터 전달 | 모든 장치에 동일한 데이터를 전송 | MAC 주소를 기반으로 특정 장치에만 전송 |
| 성능 | 충돌 도메인이 하나로 트래픽 증가 시 성능 저하 | 충돌 도메인을 분리하여 성능이 우수함 |
| 보안 | 낮음 | 상대적으로 높음 |
CSMA/CD
https://www.geeksforgeeks.org/collision-detection-csmacd/
Collision Detection in CSMA/CD - GeeksforGeeks
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CSMA/CD 충돌 감지 (Collision Detection)
CSMA/CD(Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection)는 초기 이더넷 기술에서 사용된 매체 접근 제어 방법으로, 여러 장치가 동일한 전송 매체를 공유할 때 데이터 충돌을 감지하고 이를 처리하는 방식입니다. 오늘날 대부분의 이더넷은 전이중(Full Duplex) 방식과 **스타 토폴로지(Star Topology)**를 채택하여 CSMA/CD가 더 이상 필요하지 않지만, 여전히 지원됩니다.
CSMA/CD 작동 원리
- 송신 준비 확인
송신 장치가 데이터 전송을 준비합니다. - 전송 매체 상태 확인
송신 장치는 전송 매체(링크)가 비어 있는지 지속적으로 감지합니다.- 매체가 비어 있다면 데이터를 전송합니다.
- 매체가 사용 중이라면 대기합니다.
- 데이터 전송 및 충돌 감지
데이터를 전송하면서 충돌 여부를 확인합니다.- 충돌이 감지되면 송신을 중단하고 **잼 신호(Jam Signal)**를 보냅니다.
- 이후 랜덤한 시간 동안 대기한 뒤 재전송을 시도합니다.
- 충돌이 없을 경우 전송 완료
충돌이 발생하지 않으면 데이터 프레임 전송을 완료하고 카운터를 초기화합니다.
충돌 감지 메커니즘
- 충돌 발생 시나리오:
두 개의 장치(A와 B)가 동시에 데이터를 전송하면 충돌이 발생합니다. 충돌 신호는 양쪽 장치로 전달되어 충돌을 알립니다. - 충돌 감지를 위한 최소 조건:
송신 데이터의 마지막 비트가 전송되기 전에 충돌 신호를 수신해야 합니다. 이를 위해 데이터의 전송 시간(Tt)은 신호의 왕복 전파 시간보다 길어야 합니다:
- 최소 패킷 길이 계산:
패킷 길이는 아래 조건을 만족해야 합니다:짧은 패킷의 경우, 조건을 만족시키기 위해 추가 데이터를 패딩(padding)할 수 있습니다.
CSMA/CD 주요 특징
- 캐리어 감지(Carrier Sense): 데이터 전송 전에 네트워크 상태를 확인하여 매체가 비어 있는 경우에만 데이터를 전송합니다.
- 다중 접속(Multiple Access): 여러 장치가 동일한 매체를 공유하며, 매체가 비어 있을 때 누구나 데이터를 전송할 수 있습니다.
- 충돌 감지(Collision Detection): 충돌 발생 시 즉시 송신을 중단하고 잼 신호를 보냅니다.
- 백오프 알고리즘(Backoff Algorithm): 충돌 후 랜덤 대기 시간을 설정하여 재전송 시도를 분산시킵니다.
장점과 단점
| 장점 | 단점 |
| 간단하고 구현이 용이함 | 확장성 부족 (대규모 네트워크에 부적합) |
| 공정한 접근 보장 | 충돌 방지가 아닌 감지만 가능 |
| 네트워크 혼잡 감소 | 빈번한 충돌 시 대역폭 낭비 가능 |
CSMA/CD는 초기 이더넷 환경에서 효과적인 충돌 관리 방법으로 사용되었지만, 브로드캐스트 방식으로 인해 모든 컴퓨터에 데이터를 전달하는 구조적 한계를 가지고 있습니다. 이러한 문제는 스위치 기반 네트워크, 전이중 통신, 그리고 VLAN과 같은 현대 기술을 통해 해결되고 있으며, 현재 대부분의 네트워크에서는 CSMA/CD가 더 이상 사용되지 않는 추세
- 스위치 기반 네트워크
- 스위치는 각 포트를 독립적인 충돌 도메인으로 분리하여 데이터를 필요한 장치에만 전달합니다.
- 이를 통해 브로드캐스트 트래픽을 줄이고, 보안과 효율성을 동시에 개선할 수 있습니다
- 전이중(Full-Duplex) 통신
- 전이중 방식에서는 데이터 송수신이 동시에 이루어지며, 충돌이 발생하지 않습니다.
- CSMA/CD는 더 이상 필요하지 않으며, 데이터는 목적지 장치에만 전달됩니다
- VLAN (Virtual LAN)
- VLAN은 네트워크를 논리적으로 분할하여 브로드캐스트 트래픽을 특정 그룹으로 제한합니다.
- 이를 통해 불필요한 데이터 전송을 줄이고 보안을 강화합니다