[네트워크 개론] 네트워크의 구성

 

1. 네트워크의 구성

 

 

1) PC (컴퓨터나 서버)

데이터 통신의 주체는 애플리케이션

예) 웹 브라우저, 카카오톡, 인스타그램 등

 

2) 네트워크 접속 장치

애플리케이션의 데이터를 정상적으로 전송하기 위한 장치

예) 스위치, 라우터

 

 

스위치

네트워크 내부에서 데이터 전송을 수행하는 장치(=네트워크의 입구)

 

라우터

서로 다른 네트워크를 구분 짓고 연결하는 장치

 

 

3) 네트워크 전송 매체

컴퓨터와 네트워크 접속 장치는 전송 매체에 의해 서로 연결됨

유선 전송 매체  –   케이블

무선 전송 매체  –   전파

 

 

 

 

2. 네트워크의 형태

 

1) 근거리 네트워크 (LAN, Local Area Network)

  –   범위가 건물 안이나 특정 지역인 네트워크로 유선 케이블, 적외선 링크, 무선 송수신기 등을 이용하여 통신

  –   집이나 빌딩 안에 있는 사무실 등 지리적으로 제한된 곳에서 컴퓨터와 프린터, 스캐너 등을 연결할 수 있는 네트워크

LAN, Local Area Network

 

 

2) 광역 네트워크 (WAN, Wide Area Network)

  –   2개 이상의 LAN을 넓은 지역에 걸쳐 연결한 것을 의미

  –   WAN은 ISP가 제공하는 서비스를 사용하여 구축된 네트워크

※ ISP, Internet Service Provider - 인터넷 상용 서비스 사업을 하고 있는 SK 브로드밴드, KT 등과 같은 통신 사업자

 

WAN, Wide Area Network

 

 

3) 인트라넷, Intranet

  –   인터넷에서 사용하는 회선과 여러 기반 기술을 이용하여 구축하는 사설 네트워크

  –   조직에서만 사용 가능한 '사내망'으로 조직 내부에서만 접속이 가능

 

인트라넷 구성

 

 

 

 

3. 네트워크 접속 장치

 

  –   컴퓨터나 네트워크 장치는 LAN 카드(NIC)를 사용하여 네트워크에 연결 가능

  –   허브, 중계기, 스위치, 게이트웨이, 라우터 등을 사용하여 네트워킹 문제를 해결

 

접속 장치로 연결된 네트워크

 

1) LAN 카드 (NIC, Network Interface Card)

두 대 이상의 컴퓨터로 네트워크를 구성하기 위해 외부 네트워크와 빠른 속도로 데이터를 송수신할 수 있도록 컴퓨터 내에 설치하는 확장 카드

 

  –   네트워크에 연결하는 물리적 장치에는 반드시 하나 이상의 LAN 카드 필요

  –   LAN 카드는 전송 매체에 접속하는 역할과 데이터 입출력 및 송수신, 프로토콜 처리 등을 담당

 

 

2) 허브, Hub

여러 개의 입력 및 출력 포트가 있는 특수한 형태의 네트워크 장치

 

더미허브, dummy hub

데이터를 네트워크의 다른 컴퓨터로 전송하는 장치로, 단순히 컴퓨터와 컴퓨터 간의 네트워크를 중계하는 역할

네트워크의 전체 대역폭을 노드 수만큼 분할해서 사용

더미 허브

 

 

스위칭 허브, switching hub 

전체 대역폭을 컴퓨터 노드 수만큼 나누어 사용하는 문제점을 해결한 접속 장치

노드들을 점대점으로 접속시키기 때문에 네트워크의 효율이 훨씬 높음

 

※ 스위칭(switching)

  –   수신 측 주소를 읽어 그 주소의 단말기로만 데이터를 보내는 기능

  –   반면에 더미 허브는 받은 데이터를 접속된 모든 단말기에 전송

 

스위칭 허브

 

 

스태커블 허브, stackable hub

스택 접속 포트를 갖춘 허브로, 허브와 허브 사이를 연결하여 용량을 확장

스태킹을 위한 장치는 마스터 허브와 슬레이브 허브로 구성

 

인텔리전트 허브, intelligent hub

신호의 조절과 변경 등 다양한 지능형 기능을 포함한 허브

 

 

3) 스위치, Switch

컴퓨터에 할당되는 대역폭을 극대화하는 장치

  –   허브와 달리 근거리 통신망이 제공하는 대역폭을 컴퓨터로 모두 전송

  –   데이터를 하드웨어로 처리하므로 브리지보다 처리 속도가 빠름

  –   데이터를 동시에 송수신할 수 있어서 허브보다 빠른 속도로 데이터 전송

스위치가 있는 네트워크

 

 

4) 브리지, Bridge

브리지는 2개 이상의 근거리 통신망을 연결하여 하나의 네트워크로 만드는 장치

  –   수신지 주소에 따라 특정 네트워크 트래픽만 통과시킬 수 있도록 설계된 특수한 형태의 네트워크 스위치

  –   받은 신호를 증폭하고 입력과 출력을 연결하는 스위치와 비슷한 역할

  –   스위치와 달리 전체 네트워크의 트래픽을 줄이기 위해 네트워크를 세그먼트 단위로 분할

 

※ 세그먼트(segment) - 하나의 허브나 스위치로 구성된 가장 작은 규모의 네트워크

 

브리지가 있는 네트워크

 

 

5) 게이트웨이, Gateway

게이트웨이는 종류가 다른 2개 이상의 네트워크를 서로 접속하여 정보를 주고받을 수 있는 장치

  –   근거리 통신망 등 하나의 네트워크를 다른 네트워크와 연결할 때 사용

  –   브리지와 달리 서로 다른 프로토콜 통신망 간에도 프로토콜을 변환하여 정보를 주고받을 수 있음

 

게이트웨이가 있는 네트워크

 

 

6) 중계기, Repeater

중계기는 접속 시스템의 수를 증가시키거나 네트워크 전송 거리를 연장하기 위해 사용하는 장치

  –   네트워크에서 신호를 수신하여 증폭한 후 다음 구간으로 재전송하는 역할

  –   신호를 증폭하기만 할 뿐 데이터의 내용을 변경하지 않음

 

중계기가 있는 네트워크

 

 

7) 라우터, Router

라우터는 서로 다른 네트워크 간에 통신하는 데 사용하는 장치

  –   구조가 다른 망을 연결할 수 있어 근거리 통신망(LAN)과 대도시 통신망(MAN), 광대역 통신망(WAN)을 연결하는 데 이용

  –   IP 주소를 바탕으로 데이터가 수신지까지 갈 수 있는 경로를 검사하여 효율적인 경로를 선택하는 라우팅 기능 수행

  –   오류 패킷의 폐기 기능과 혼잡 제어 기능 수행

  –   논리 주소에 따라 네트워크 트래픽의 방향을 지정

  –   둘 이상의 네트워크를 연결하는 데 사용

  –   웹 페이지 요청을 수신지로 전송하는 데 결정적인 역할

  –   방화벽과 같은 일차적인 보안 기능을 제공

  –   허브나 스위치보다 가격이 비쌈

 

라우터가 있는 네트워크

 

 

 

 

4. 네트워크 접속 형태

 

네트워크 접속 형태에 따른 분류

 

  –   링형과 그물형은 점대점 관계에 적합

  –   성형과 트리형은 주종 관계(primary-secondary)에 적합

  –   버스형은 점대점 관계와 주종 관계에 모두 적합

 

1) 성형, star topology

가장 일반적인 네트워크 구성 형태로 전화망에서 유래

  –   네트워크 중앙에 위치한 허브가 모든 노드를 연결

  –   일대일로 구성되는 점대점의 확장 형태

  –   허브가 통신망의 처리 능력과 신뢰성을 좌우

 

장점

• 설치 비용이 저렴하고, 유지 · 보수나 확장이 용이
• 링크 하나가 끊어져 작동하지 않을 때 다른 링크는 영향을 받지 않음 (안전성)

 

단점

• 중앙에 있는 전송 제어 장치에 장애가 발생하면 전체 네트워크가 작동할 수 없고, 통신량이 많으면 전송이 지연됨
• 각 노드가 중앙 허브와 연결되어야 하므로 다른 접속 형태보다 많은 케이블을 연결해야 함

 

 

2) 버스형, bus topology

모든 네트워크 노드와 주변장치가 파이프 등의 일자형 케이블(버스)에 연결된 형태

  –   하나의 긴 케이블이 네트워크의 모든 장치를 연결하는 중추 네트워크 역할을 함

  –   케이블의 끝에는 터미네이터라는 장치를 붙여서 신호가 케이블로 되돌아오는 것을 막음

 

장점

• 케이블 비용이 적게 들고 설치가 간단
• 장치를 추가하기 쉽고 고장이 나도 전체 네트워크에 영향을 미치지 않음
• 성형이나 트리형 접속 형태보다 사용하는 케이블양이 적음

 

단점

• 장비 수가 많아지면 네트워크 성능이 저하되고, 중앙 케이블이 고장 나면 전체 네트워크가 작동하지 않음
• 재구성이나 결합, 분리가 어렵고 새 장치를 추가하려면 중추 케이블을 교체하거나 변경해야 함
• 베이스밴드 전송 방식에는 케이블의 전송 거리가 멀어지면 신호가 점점 약해지기 때문에 중계기(repeater)를 사용해야 함
• 트래픽이나 연결된 노드 수가 많으면 충돌이 잦아져서 네트워크의 성능이 저하됨

 

※ 베이스밴드(baseband) 전송 방식 - 데이터를 전송할 때 신호를 변조하지 않고 그대로 보내는 전송 방식

 

 

3) 트리형, tree topology

성형의 변형으로, 중앙에 있는 전송 제어 장치에 모든 장비를 연결하는 것이 아니라 트리 모양의 노드에 전송 제어 장치를 두고 노드를 연결한 형태 

  –   트리의 최상위 노드에 위치한 허브는 하위의 노드를 제어

  –   이러한 구조는 상위 노드가 하위 노드를 직접 제어하는 계층적 네트워크에 적합

 

장점

• 제어가 간단하여 관리나 네트워크 확장이 쉬움 (성형과 유사)
• 중앙에 있는 하나의 전송 제어 장치에 많은 장비를 연결할 수 있어 각 장비 간의 데이터 전송 거리를 늘릴 수 있음
• 여러 컴퓨터를 분리하거나 우선순위를 부여할 수 있음

 

단점

• 중앙에 트래픽이 집중되어 병목 현상이 발생 가능
• 중앙의 전송 제어 장치가 다운되면 전체 네트워크에 장애가 발생

 

 

4) 링형, ring topology

노드가 링에 순차적으로 연결된 형태로, 모든 컴퓨터를 하나의 링으로 연결

  –   하나의 노드에서 보낸 데이터는 링을 따라 한 방향으로 전송

  –   자신이 수신지가 아니면 각 노드에 있는 중계기가 신호를 재생하여 다음 노드로 전송

  –   수신지 노드가 데이터를 수신하면 그 데이터는 링에서 제거

  –   단순 링형(single ring)에서는 네트워크에 연결된 컴퓨터 중 하나라도 고장이 나면 네트워크 전체가 다운됨

  –   이중 링형(double ring)에서는 한 방향으로 데이터를 전송하다 장애가 발생하면 반대 방향으로 데이터를 전송

 

장점

• 구조가 단순하여 설치와 재구성이 쉽고, 장애가 발생해도 복구 시간이 빠름
• 일반적으로 신호가 항상 순환하므로 한 장치가 특정한 시간 내에 신호를 받지 못하면 네트워크 운영자에게 문제의 발생과 위치를 알려줌
• 성형보다 케이블 비용을 많이 줄일 수 있음
• 여러 컴퓨터를 분리하거나 우선순위를 부여할 수 있음

 

단점

• 링을 제어하는 절차가 복잡하고, 새로운 장비를 연결하려면 링을 절단한 후 장비를 추가해야 함
• 단순 링형의 경우 링에 결함이 생기면 전체 네트워크를 사용할 수 없지만 이러한 약점은 이중 링형이나 스위치를 사용하여 해결 가능

 

 

5) 그물형, mesh topology

중앙에 제어하는 노드가 없고 모든 노드가 서로 전용의 점대점으로 연결

  –   n(n-1)/2개의 물리적 채널이 필요하고 모든 장치가 n-1개의 입출력 포트를 가지고 있어야 함

  –   네트워크가 복잡하고 많은 통신 회선이 필요하기 때문에 비용이 많이 들지만 신뢰성이 높음

 

장점

• 전용 링크를 통해 데이터를 전송하므로 많은 장치를 공유하는 링크에서 발생하는 통신량 문제를 해결
• 한 링크가 고장 나더라도 다른 경로를 통해 데이터를 전송할 수 있기 때문에 전체 시스템에 큰 문제가 발생하지 않음
• 모든 메시지를 전용선으로 보내기 때문에 비밀 유지와 보안에 유리
• 관리자는 문제가 발생한 곳을 쉽게 찾아 그 원인을 바로 해결할 수 있음

 

단점

• 노드를 다른 모든 노드와 연결해야 하므로 설치와 재구성이 어려움
• 필요한 전선의 용적이 벽 속이나 천장, 바닥 아래 등 전선을 수용할 공간보다 클 수도 있음
• 네트워크가 복잡하고 많은 통신 회선이 필요하기 때문에 각 링크와 연결되는 하드웨어에 엄청난 비용이 들기도 함

 

 

6) 혼합형, hybrid topology

노드 수가 상대적으로 많은 실제 네트워크에서 효율을 높이고 결함 허용 능력을 증대하기 위해 사용하는 형태

  –   네트워크 서브넷을 서로 연결하여 규모가 큰 접속 형태를 만들기 위해 여러 접속 형태를 결합

 

※ 서브넷(subnet) - 대규모 네트워크를 구성하는 개별 네트워크를 의미

 

 

 

 

5. 네트워크 전송 매체

 

1) 전송 매체의 분류

한 노드에서 다른 노드로 전송되는 통로를 제공하는 유선 전송 매체에는 동축 케이블, 꼬임선, 광섬유 케이블 등이 있고 무선 전송 매체는 라디오 방송이나 마이크로파 등이 전파되는 진공, 공기, 해수 등이 있음

 

2) 유선 전송 매체 (유도 매체)

동축 케이블

케이블 TV 시스템에서 사용하는 케이블 방식과 유사

 

꼬임선

네트워크 접속 형태 중 성형에 많이 사용하며, 동축 케이블이나 광섬유 케이블보다 설치하기 쉬움

 

광섬유 케이블

머리카락보다 가늘어서 휘어지는 전송 매체

 

 

3) 무선 전송 매체 (비유도 매체)

무선 통신에서는 공간으로 전파되는 전자파를 매개체로 데이터를 전송

 

라디오파

FM 방송은 100MHz 정도의 주파수를 사용하고 파장이 3m 정도

AM 방송은 750kHz의 주파수를 사용하고 파장이 400m 정도

 

마이크로파

극초단파, 센티미터파, 밀리미터파와 같이 주파수가 매우 높은 전파를 말하며, 통신과 레이다 등 광범위한 용도로 사용

이동통신은 300MHz ~ 3GHz의 극초단파를 사용