Networking Devices

1. Repeater

Physical Layer를 담당하는 장비이다.

물리적 링크 간 bitstream을 전송하는 과정에서 신호가 약해진 데이터를 재생성하여 원래의 강도만큼 다시 증폭된 신호를 목적지로 전달한다.

i/o를 담당하는 2-port로만 이루어졌다.

2. Hub

마찬가지로 Physical Layer 장비이다.

기본적으로 multi-port repeater로 볼 수 있는데, 다수의 노드가 허브에 직접 연결된 형태이다.

들어온 데이터를 연결된 모든 노드에 동일하게 재전송한다. 즉, 패킷을 보내기 위한 최적의 경로를 찾지 않기 때문에 데이터의 낭비와 비효율적이다.

모든 데이터 전송은 브로드캐스팅이기 때문에 어떤 보안 절차도 없다.

Half-duplex mode는 한 번에 1 장치만 통신할 수 있는 걸 말한다.

어떤 이유건 데이터가 손실되더라도 재전송을 하지 않고 신뢰성에 대해 책임지지 않는다.

또 mac 주소를 포함해 어떤 종류의 테이블도 가지고 있지 않다.

Types of Hub

• Active Hub: 전원장치를 가지고 있다. 신호의 clean, boost, relay를 수행한다.
  repeater + wiring center.
  node 간의 maximum 거리를 연장하는 용도로 쓰인다.

• Passive Hub: Active Hub로부터 전원과 wiring을 제공받는다. 신호의 relay를 위해 사용되며 거리를 연장하지 못한다.

• Intelligent Hub: active hub + remote management capabilities. 유연한 데이터 전송률을 제공한다. 트래픽을 모니터링할 수 있고, 각 포트를 관리할 수도 있다.

3. Bridge

Data Link Layer의 장비이다.
들어오는 트래픽을 검증하고, 다음 지점으로 보낼 지 말지를 결정한다.

bridge는 네트워크 연결을 section으로 나누는 역할을 한다.
각각의 section은 각각의 bandwidth와 collision domain을 가진다.

Transparent Bridge

mac 주소에 따라 데이터를 block할지 forward할지 결정한다.
네트워크에 어떤 Host를 추가하거나 삭제할 필요
없이 작동한다.

IEEE의 산업 표준 802.1D에 의해 채택되었다.

만약 Host1과 Host2가 데이터를 교환 중이라면,
다른 collision domain에 속한 host4와 host5가 동시에 대화를 진행할 수 있다.

어떤 Host가 어떤 bridge side에 연결되었는지는 어떻게 식별할까?

802.1D는 5개의 process를 통해 이에 대해 명세한다.

1. Learning

bridge가 처음 켜지면, bridge table에는 아무런 주소도 을 것이다.
만약 어떤 트래픽이 처음 bridge를 지나가면,
bridge는 이 트래픽이 누구의 것인지(Mac address), 그리고 어떤 port에서 들어왔는지를 보고 각 Collision domain에 있는 장치들을 bridge table(= Mac table, Content Addressable Memery Table)에 기록한다.

2. Flooding

만약 들어온 트래픽에 대해 목적지 주소를 알지 못할 경우, bridge는 이 트래픽을 source 포트를 제외한 모든 포트로 broadcasting한다.

이를 통해 bride의 학습 과정에서도 포트 간의 데이터 교환이 실패하지 않도록 보장해준다.

3. Filtering

bridge가 장치들이 어떤 포트로 연결되었는지 학습하고 나면, filtering을 수행할 수 있다.

만약 주어진 트래픽의 source, destination이 동일한 port쪽에 속해있을 경우, bridge는 이 트래픽을 다른 port에 보내지 않는다.

이를 통해 아까 말했듯 Host1-Host2, Host4-Host5가 동시에 대화할 수 있게 된다.

4. Forwarding

Forwarding은 주어진 트래픽의 목적지 포트를 이미 알고 있을 경우 해당 포트로 트래픽을 보내는 것을 의미한다.

5. Aging

Aging은 bridge 테이블의 수정과 삭제를 가능하도록 도와준다.

bridge는 매 트래픽마다 해당 트래픽이 들어온 시간을 기록하고 타이머를 시작한다.

만약 매 forwarding 혹은 filtering마다 타이머를 재시작하며, 만약 타이머가 종료될 경우 해당 장치의 테이블 entry를 삭제한다.

Source Routing Bridge

IBM에서 설계, 제작한 장비로 token ring 네트워크에 특화되었다.

4. switch

data link layer의 장비인 switch는 서로 다른 포트로부터 들어온 트래픽을 적절한 포트로 연결해주는 역할을 한다.

bridge와 상당히 흡사한 기능을 하는데,
둘의 차이점은 아래와 같다.

여기서 위에 나온 switching 방식들을 몇 가지 살펴보자.

• Store and Forward

각각의 Etherenet frame을 메모리에 복사하고 CRC(Cycle Redundancy Check)를 계산하여 Error를 검출한다.

만약 Error가 발생할 경우 frame을 버리고, 그렇지 않으면 목적지 장치로 패킷을 forward한다.

각각의 frame에 대해 모두 Error 체크를 수행하기 때문에 delay가 발생한다.

• Cut-Through

frame의 목적지 Mac 주소(첫 6 bytes=48 bits)만을 메모리에 복사하고 곧바로 목적지 포트로 forwarding한다.

Error를 확인하지 않아 delay가 적지만, 신뢰성 없이 frame을 전송할 수 있는 위험성이 있다.

• Fragment-Free

cut-through의 발전된 형태이다.
runt라는 것은 같은 collision domain에 속하는 패킷들이 서로 충돌하여 쪼개지며 발생하는 불완전한 패킷 조각들을 말한다.

Ethernet 패킷의 최소 크기는 64바이트인데, 이는 Collision Detection을 검출하기 위한 최소 크기이다.

Ethernet 통신은 패킷이 서로 충돌하면, 피드백을 통해 Host가 패킷을 다시 전송하는 알고리즘으로 구성되어있는데 이를 확인하기 위한 최소 크기가 64바이트인 것이다.

따라서 64바이트보다 작은 runt들이 네트워크를 돌아다니게 되면 전체 호스트에게 영향을 주게 되고 packet collision이 증가하게 된다.

Fragment-Free는 이러한 runt를 예방하기 위한 switching 방식이다.

패킷이 도착하면 ethernet frame의 최소 64바이트를 메모리에 읽으며, 패킷이 runt인지 아닌지 최소한의 검증을 진행하고 forward를 진행한다.

따라서 Cut-Through보다 조금 더 위험성을 줄이고 store and forward에 비해 더 낮은 delay를 확보할 수 있는 방법이다.

5. Router

Network Layer에서 작동하는 Router는 인터넷의 동작에 핵심적인 역할을 담당한다.
패킷의 Destination IP 주소를 routing table과 비교하고 최선의 next hop(경로)를 결정한다.

Routing Table은 주어진 목적지 네트워크에 도달하기 위한 다음 경로와 비용 등을 저장한 테이블이다.