영어 공부 좀 할 겸 장비나 용어들은 전부 영어로 표기했습니다.
오타가 좀 많을 수 있습니다. 지적해주시면 바로 수정하겠습니다.
컴퓨터에서 컴퓨터로 데이터를 옮기려면 어떻게 해야 할까? 보통은 귀찮아서 카카오톡 나에게 보내기 기능으로 자료를 옮기거나 구글 드라이브에 올리곤 한다. 이 모든 일이 쉽게 이루어질 수 있는 이유가 무엇일까요?
💻 Ethernet
오늘날의 통신방식을 이해하려면 먼저 이더넷의 동작 원리 부터 알아볼 필요가 있다.
이더넷은 CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access / Collision Detection) 방식의 기술 기반으로 이루어져있다.
CSMA/CD 방식은 일종의 눈치게임 입니다. 위의 사진처럼 4대의 컴퓨터가 Ethernet 방식으로 연결되어있다고 가정해봅니다. CSMA/CD 방식에서는
A 컴퓨터 와 C 컴퓨터 가 통신중일 때는 다른 기기들은 보낼 통신이 있어도 대기하게됩니다. 그러다가 통신이 종료되면 그때 전송하게됩니다.
혹여나 동시에 데이터를 전송하게되어서 서로 데이터가 충돌하게 된다면 이것을
Collision 이 발생했다고 합니다. Collision 이 발생하게되면
각 기기들은 랜덤한 시간만큼 대기하였다가 다시 전송을 진행하게됩니다.
해당 방식은 겉보기에는 좀 없어보이는 방식일 수 있습니다. 하지만 가성비가 굉장히 좋기때문에 다른 방식들 보다 오래 살아남게 되었고 오늘날 인터넷 통신방식의 기본이 되었습니다.
🍎 Network Interface Card
집에 있는 데스크탑을 뜯어보면 여러 장비중에 LAN Card 라는 장비가 있을 것 입니다. 우리가 보통 LAN 선 이라고 부르는 것을 꽂아두는 컴퓨터 장치중에 하나인데, 이 장치가 Ethernet 에서 뿌려주는 데이터를 식별해서 자신의 컴퓨터로 오는 데이터만 골라서 CPU 로 보내주는 역할을 합니다.
🍌 Broadcast And Unicast
통신방식에는 대표적으로 Broadcast 와 Unicast 가 있습니다.
여러 대의 컴퓨터가 하나의 허브로 연결되어있을 때 A -> B Unicast 통신이 일어나면 해당 허브에 연결되어있는 모든 컴퓨터로 데이터가 전송됩니다.
하지만 통신에는 도착지의 MAC 이 동봉되어있기 때문에 이 MAC 이 아닌 PC들은
NIC 가 알아서 거르게됩니다. 이를 통해서 CPU 의 부담을 줄일 수 있게됩니다.
거르지 못한다면 다른 PC들이 통신중일 때 통신중이지 않는 엉뚱한 PC에 부하가 걸리게 됩니다. 이러한 방식을 Unicast 라고 합니다.
반면 Broadcast 방식은 송신자의 기기를 제외하고 LAN 에 연결되어있는
모든 기기에 데이터를 전송하게됩니다. Broadcast 통신은 Unicast 와 다르게
NIC 가 데이터를 CPU에게 전송하게 됩니다. 이러한 이유로 Broadcast 통신을 남용하게되면 기기에 무리가 가게됩니다.
☁️ Collision Domain
위에서 Ethernet은 연결된 네트워크 끼리 눈치게임을 진행한다고 비유했었습니다.
이러한 눈치게임을 진행하는 영역을 Ehternet Segment 라고 부르는데,
Ehternet Segment 안에서는 앞서 설명한 Collision Detect 가 반복해서 발생하게 됩니다. Collision Detect 가 발생하는 영역을 Collision Domain 이라고 합니다…
이제부터는 연결된 기기/PC 들은 Host 라고 부르겠습니다.
Ehternet Segment 에 연결된 Host 가 많을수록 Collision Detect 가 증가하게되고 Collision Domain 도 커지게 됩니다. 이렇게 되면 중간에 패킷이 손실되는 등 정상적인 통신이 이루어지기 힘들게됩니다. 이러한 문제는 어떻게 해결해야할까요?
🍬 Bridge
Bridge는 위에서 말한 Collision Domain 을 분리해주는 역할을 합니다. 말 그대로 Collision Segment 사이에서 다리의 역할을 하는 것입니다.
Bridge 는 5가지 특성을 가집니다.
- Learning ( MAC 주소 학습 )
- Flooding ( 전체에게 전달 )
- Forwarding ( 다른 영역에 전달 )
- Filtering ( 다른 영역으로 통신 차단 )
- Aging ( 학습된 주소 삭제 )
Collision Domain 이 분리되어있는 상황에서 첫 통신이 일어나게 되면
Bridge 는 통신을 전송한 기기의 MAC Address 을 Learning 하게됩니다.
학습한 MAC Address는 Bridge Table 에 저장됩니다.
첫 통신이기 때문에 Bridge 는 이 통신의 목적지가 Collision Domain 안에 있는지 밖에 있는지 알지못하기 때문에 Flooding 방식으로 모든 Host 에 데이터를 전송하게됩니다.
이후 Bridge Table 에 기록된 통신이 일어나고 이 통신이 반대쪽 Collision Domain 에 Host 에게 보내는 통신이라면 Bridge 는 이 통신을 반대쪽 Collision Domain 으로 Forwarding 해주게됩니다.
만약, 해당 통신이 반대쪽 Collision Domain 에 보내는 통신이 아니라 송신자측에 Collision Domain 에게 전송하는 것이라면 Bridge 가 통신이 반대쪽으로 넘어가지 못하도록 Filtering 을 해줍니다.
너무 많은 정보가 Bridge Table 에 기록되게 되면 Bridge 자체에 부담이 가게된다. 이러한 문제를 해결하기 위해서 Bridge Table 는
일정한 시간이 지나면 데이터가 지워지는 Aging 기능이 탑제되어있습니다.
사실 지금은 Bridge 의 상급장비인 Switch 를 더 많이 사용합니다. 역할은 비슷하지만 Switch 가 기능이 더 많기때문에 가격이 비교적 비쌉니다.
향후 계획
이후에는 IP 와 Router 에 대해서 자세히 알아보도록 하겠습니다.
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