2. 네트워크의 구성

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1. 네트워크의 구성

인터넷을 사용하기 위해서는 가장 먼저 ISP, 인터넷 회선을 결정해야 한다.

즉, 쉽게 말해서 통신사에서 판매하고 있는 인터넷 관련 상품을 구매해야 한다는 것이다.

그다음은 인터넷 공유기를 설치해야 한다.

인터넷 공유기는 가정용으로 만든 라우터로, 인터넷 공유기를 중심으로 하여 집 안에 있는 기기들이 인터넷에 접속할 수 있게 된다.

네트워크는 다음과 같은 구성 요소들로 이루어진다.

• 단말기(PC, 휴대폰, 서버 등): 애플리케이션을 실행하고 이를 기반으로 네트워크를 통해 서로 데이터를 주고받는다.
• 네트워크 접속 장치: 애플리케이션의 데이터를 전송하기 위한 장치이다. 스위치, 라우터가 여기에 속한다.
• 네트워크 전송 매체: 네트워크 접속 장치와 단말기를 연결하는 매체이다. 유선 케이블, 전파 등이 여기에 속한다.

 

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2. 네트워크의 형태

네트워크에도 종류가 있다.

그 종류마다 특징과 용도가 모두 다르다.

 

2.1) 근거리 네트워크

근거리 네트워크는 LAN이라고도 부른다.

건물, 제한된 특정 지역 등 근거리 내에서 유선 케이블, 적외선 링크, 무선 송수신기 등을 사용해 통신하는 방식의 네트워크이다.

일반적으로 한 건물이나 가정집 하나가 LAN의 범위로 간주된다.

즉, 집 안에서 사용되는 네트워크는 거의 대부분 LAN이라고 보면 된다.

상황에 따라 서로 다른 LAN을 연결하기도 한다.

학교를 예를 들자면, 1층에 있는 학과 사무실과 2층에 있는 전산실의 LAN을 서로 연결해 통신하는 것이다.

LAN은 특정한 프로토콜로 운용되며, 하나의 LAN이 다양한 프로토콜을 이용할 수도 있다.

 

2.2) 광역 네트워크

광역 네트워크는 2개 이상의 LAN을 넓은 지역에 걸쳐 연결한 네트워크이다.

서울에 있는 대학교 캠퍼스와 부산에 있는 대학교 캠퍼스를 연결하는 수준의 넓은 범위를 연결하는 네트워크는 LAN으로 구축할 수 없다.

이럴 때 WAN이 사용되는데, WAN은 ISP가 제공하는 서비스를 기반으로 구축된 네트워크이기 때문에 ISP가 판매하는 상품에 가입을 해야 사용할 수 있다.

SKT, KT, U+ 등과 같은 통신사들이 ISP에 해당한다.

근거리를 연결하는 LAN과 달리 WAN은 더 먼 거리를 연결하기 때문에 신호가 약해지거나 오류가 발생할 확률이 더 높다.

또한 속도도 LAN보다 더 느리다.

 

2.3) 인트라넷

인트라넷은 인터넷에서 사용하는 회선, 여러 기반 기술들로 구축한 사설 네트워크이다.

특정한 조직에 가입되어 있는 구성원들만 사용할 수 있도록 만들어진 폐쇄적인 네트워크이다.

학교의 전산망 또는 학교 포털이라고 불리는 것들이 인트라넷을 기반으로 하고 있다.

 

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3. 네트워크 접속 장치

네트워크 접속 장치는 통신망 구축의 기본이 되는 장치이다.

허브, 스위치, 라우터 등이 네트워크 접속 장치에 해당한다.

 

3.1) LAN 카드

2대 이상의 컴퓨터를 LAN으로 연결하기 위해 사용된다.

데이터 입출력, 송수신, 프로토콜 처리 등을 수행하며, LAN 케이블을 연결하는 포트가 탑재되어 있다.

요즘은 대부분 컴퓨터의 메인보드에 내장되어 있다.

LAN 카드는 하드웨어 단위로 고유 식별 코드가 존재한다.

48비트로 표현되며, MAC 주소라고 부른다.

이 주소는 컴퓨터, 네트워크 사이의 인터페이스 역할을 하며 세계에서 유일한 고유 번호이다.

 

3.2) 허브

허브는 여러 개의 입출력 포트가 존재하는 네트워크 장치이다.

컴퓨터 2대를 1:1로 연결할 때는 그냥 컴퓨터에 있는 LAN 카드와 LAN 케이블을 이용해 연결하면 되지만, 3대 이상일 경우에는 허브가 필요하다.

허브는 한 포트에서 수신된 신호를 다른 모든 포트로 재전송하는 방식으로 동작하며, 모든 입출력이 서로 연결되어 있어서 여러 노드가 똑같은 중계기를 공유할 수 있다.

• 더미 허브: 데이터를 네트워크의 다른 컴퓨터로 전송하는 장치. 단순하게 컴퓨터 사이의 네트워크를 중계하는 역할을 한다. 네트워크 전체 대역폭을 분할해서 쓰기 때문에 연결된 기기가 많을수록 각각의 네트워크 속도는 떨어진다. 수신자가 데이터를 보내면 구분 없이 연결된 모든 컴퓨터에게 동일한 데이터를 전달한다.
• 스위칭 허브: 전체 대역폭을 컴퓨터 노드 수만큼 나누어 사용하는 문제점을 해결한 장치이다. 즉, 모든 컴퓨터가 네트워크 대역폭 모두를 쓸 수 있다. 수신자로부터 주소를 읽어서 지정된 목적지로 정확하게 데이터를 전달하는 기능을 가지고 있다.
• 스태커블 허브: 스택 접속 포트를 갖춘 허브이다. 허브와 허브 사이를 연결하여 용량 확장이 가능하다. 중규모 이상의 네트워크 구축 시에 주로 사용한다. 여러 허브가 하나의 허브처럼 동작하기 때문에 전송 속도 차이가 적다. 
• 인텔리전트 허브: 신호 조절, 변경 등 다양한 기능을 포함한 허브이다. 네트워크 관리 시스템을 통해 데이터 제어 및 분석도 가능하며, 단말기에 영향을 주는 충돌이 발생하면 해당 포트를 차단해 문제를 해결할 수도 있다.

 

3.3) 스위치

스위치는 컴퓨터에 할당되는 대역폭을 극대화하는 장치이다.

또한 포트마다 서로 다른 속도를 사용할 수 있다.

허브와 작동 방식은 동일하나, 데이터 수신 컴퓨터를 식별할 수 있기 때문에 데이터를 수신하기로 되어 있는 컴퓨터에만 데이터를 보낸다.

또한 데이터를 동시에 수신할 수 있으며, 하드웨어로 데이터를 처리하기 때문에 허브, 브리지보다 속도가 더 빠르다.

 

3.4) 브리지

브리지는 2개 이상의 근거리 통신망을 연결하여 하나의 네트워크로 만드는 장치이다.

수신지 주소에 따라 특정 네트워크 트래픽만 통과할 수 있도록 설계되어 있다.

LAN에서 장치 하나가 데이터를 송신할 때, 다른 장치가 데이터 송신을 시도하면 충돌이 발생한다.

이러한 문제를 브리지가 해결할 수 있다.

전체 네트워크 트래픽을 줄이기 위해 네트워크를 세그먼트 단위로 분할한다는 점이 스위치와 다르다.

 

3.5) 게이트웨이

게이트웨이는 2개 이상의 네트워크가 접속하여 정보를 주고받기 위해 쓰는 장치이다.

LAN과 LAN을 연결하는 것처럼 네트워크 단위로 연결이 필요할 때 쓰인다.

서로 다른 프로토콜 통신망 간에도 프로토콜을 변환하여 정보를 주고받을 수 있다.

 

3.6) 중계기

중계기는 네트워크 전송 거리를 연장하기 위해 사용하는 일종의 증폭기이다.

네트워크 신호를 수신한 뒤, 이 신호를 증폭시켜서 다음 구간으로 재전송한다.

일반적으로 사용하는 UTP 케이블은 100m 정도가 한계이기 때문에, 그 이상의 거리는 중계기가 요구된다.

중계기는 신호 증폭만 담당하며, 데이터 내용에는 관여하지 않는다.

통신망을 구성하는 세그먼트를 확장하거나, 서로 연결하는 데 주로 사용하며, 신호 감쇠가 발생할 경우 신호 재생 및 타이밍 재조정 역할도 담당한다.

 

3.7) 라우터

라우터는 서로 다른 네트워크 간에 통신하는 장치이다.

구조가 다른 망을 연결할 수 있어서 LAN과 WAN을 연결할 때 주로 사용한다.

IP 주소를 사용해 데이터가 수신지까지 갈 수 있도록 경로를 검사해 효율적인 경로를 탐색하는 라우팅 기능을 수행한다.

라우팅은 라우터가 가지고 있는 라우팅 테이블을 기반으로 결정한다.

라우터는 무선, 유선 라우터로 나누어지며, 방화벽과 같은 일차적인 보안 기능을 제공한다.

만약 라우터가 유선 라우터라면, 무선 연결 시에는 무선 AP라는 별도의 장비를 추가로 연결해야 한다.

AP는 허브, 스위치, 유선 라우터 등에 연결되어 전달받은 네트워크 신호를 무선 신호로 변환해 전파를 송출한다.

무선 기기들은 이 AP의 전파를 가지고 네트워크에 연결된다.

라우터는 일반적으로 허브나 스위치보다 비싸다.

 

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4. 네트워크 접속 형태

전송 매체, 프로토콜이 결정되면 다양한 형태로 컴퓨터를 구성할 수 있다.

네트워크 구성은 네트워크 토폴로지라고도 부르며, 네트워크에 연결되어 있는 노드와 링크가 물리적, 논리적으로 배치되어 있는 방식을 말한다.

노드는 네트워크에 연결된 주소가 있는 통신 장치를 말하므로, 컴퓨터, 복합기, 스마트폰 등이 될 수 있다.

네트워크 접속 형태는 성형, 버스형, 트리형, 링형, 그물형, 혼합형 등이 있다.

 

4.1) 성형

성형은 가장 일반적인 네트워크 구성 형태이다.

전화망에서 유래되었으며, 네트워크 중앙에 허브가 위치하여 모든 노드를 연결한다.

연결된 노드가 목적지를 허브에 알려주면, 허브가 2개의 노드를 연결하는 회선을 만들어준다.

과거에 존재했던 전화 교환원의 역할을 허브가 맡는 방식이라고 볼 수 있다.

허브가 모든 노드를 책임지기 때문에 허브에 대한 신뢰성이 네트워크 통신의 성능을 좌우한다.

성형에서 연결된 케이블은 허브와 연결되는 것이 전부이기 때문에 배선 문제는 해당 노드에만 영향을 미친다.

즉, 허브만 살아있다면 특정 노드가 고장 났다고 해서 전체 네트워크에 문제가 생기는 일은 없다.

물론, 노드가 아니라 허브에 문제가 생긴다면 모든 네트워크가 통째로 멈춰버린다.

성형에서 허브는 메인프레임 시스템 형태를 띠고 있다.

빠른 속도로 작동하는 메인프레임을 중앙에 두고, 다양한 입출력 장치는 터미널 형태로 메인프레임에 연결되는 방식이다.

은행, 병원, 대기업 등에서 주로 활용하며, 각 장치들이 직접 연결되어 있지 않기 때문에 노드와 노드는 1:1 방식으로 통신할 수 없다.

중앙 집중적 구조이기 때문에 관리 및 유지 보수, 설치 비용이 저렴하다.

 

4.2) 버스형

버스형은 모든 네트워크 노드와 주변장치가 파이프 등의 일자형 케이블(버스)에 연결되어 있는 형태이다.

하나의 긴 케이블이 네트워크의 모든 장치를 연결하는 중추 네트워크 역할을 한다.

모든 노드는 하나의 케이블에 연결되어 있으며, 케이블의 시작과 끝은 터미네티어라는 장치로 신호가 케이블로 되돌아오는 것을 막는다.

거대한 수도관을 하나 만들고, 그 수도관에 작은 규모의 수도관을 뽑아서 사용하는 형태라고 볼 수 있다.

케이블에 연결된 하나의 노드가 데이터를 전송하면 나머지 노드가 브로드캐스팅되어 데이터를 수신한다.

이때 수신 측 주소가 자신이 아니라면 그냥 데이터를 흘러 보낸다.

노드는 탭과 유도선을 통해 버스(중추 네트워크)에 연결하는데, 거리가 멀면 멀수록 신호가 점점 약해진다.

이 때문에 버스가 수용할 수 있는 거리 및 탭 수가 제한된다.

이러한 제약이 따르지만 설치가 간단하고 비용도 적게 든다는 강점이 있다.

또한 장치 추가가 쉽고, 특정 노드에서 문제가 발생해도 전체 네트워크에 영향을 주지 않는다.

중추 케이블을 가장 효과적으로 설치할 수 있으며, 다양한 길이의 유도선으로 노드를 연결할 수 있어서 사용되는 케이블 양이 적다.

하지만 장비 수가 많아지면 네트워크 성능이 저하되고, 중추 케이블이 고장 나면 모든 시스템이 멈춰버린다.

또한 중추 케이블에 문제가 발생할 경우, 모든 전송을 중단해야 한다.

유연성이 부족하여 재구성, 결합, 분리가 어렵고, 설치 이후에는 새로운 장비를 설치할 수 없을 가능성도 있다.

이는 중추 케이블을 설치할 때의 환경을 기준으로 최고 효율을 계산해 설치하기 때문이다.

거리가 멀어진다면 중계기가 필요할 수도 있으며, 데이터 전송 도중 충돌이 발생할 가능성도 있다.

 

4.3) 트리형

트리형은 성형을 변형시킨 방식이다.

중앙에 메인 허브를 하나 두고, 메인 허브에 서브 허브들을 연결한 뒤, 그 서브 허브에 노드를 연결하는 방식으로 구성된다.

형태를 보면 트리 구조와 유사하게 생겼다.

계층 구조로 만들어져 있기 때문에 상위 노드가 하위 노드를 직접 제어하는 계층적 네트워크에 적합하다.

트리형에서 중앙에 위치하는 메인 허브는 능동적인 허브인데, 이는 데이터를 전송하기 전에 받은 비트 패턴을 재생하는 하드웨어 장치, 중계기가 포함된다.

중앙에 있는 전송 제어 장치에 다양한 장비들을 연결할 수 있어서 각 장비 간의 데이터 전송 거리를 늘릴 수 있다.

계층 구조로 만들어져서 관리 및 네트워크 확장이 쉽다.

중앙에 트래픽이 집중되는 형태이므로 병목 현상이 발생할 수 있으며, 성형과 마찬가지로 메인 허브가 고장 나면 모든 네트워크가 마비된다.

 

4.4) 링형

링형은 노드가 링에 순차적으로 연결되어 있는 형태이다.

모든 컴퓨터가 하나의 링처럼 연결되어 있으며, 허브나 메인 프레임처럼 네트워크 접속 장치가 중앙에 따로 존재하지 않는다.

하나의 노드에서 데이터를 전송하면 링의 방향을 따라 차례대로 노드를 거치며 데이터가 이동한다.

데이터를 수신해야 하는 노드에 도착할 때까지 다양한 노드들을 경유하는데, 노드에 도착할 때마다 매번 신호를 재생하여 다음 노드로 전송한다.

이 때문에 버스형과 달리 잡음에 강하고 전송 도중에 오류가 발생할 확률이 낮다.

링형은 한 방향으로만 데이터를 전송하는 일방통행 방식의 단순 링형, 양방향으로 데이터를 전송하는 방식의 이중 링형이 있다.

단순 링형은 한 방향으로만 데이터를 전달할 수 있기 때문에 노드 1개가 고장 나면 전체 네트워크가 멈춘다.

이중 링형은 반대쪽 방향으로도 데이터를 전달할 수 있기 때문에 이러한 문제에서 자유롭다.

이처럼 링형은 구조가 단순해서 설치 및 재구성이 쉽다.

각 장치들은 이웃하는 장치만 연결하면 되기 때문에 송신 매체, 통신량만 고려하면 된다.

신호가 항상 순환하기 때문에 특정 시간 내에 신호를 받지 못하면 경보가 발생한다.

이 경보 덕분에 네트워크 운영자는 문제 발생 위치를 알 수 있다.

하지만 새로운 장비를 추가하려면 일단 링을 절단해야 하기 때문에 절차가 복잡하며, 링에 결함이 발생하면 모든 네트워크를 쓸 수 없다.

 

4.5) 그물형

그물형 또한 링형처럼 중앙에 제어하는 노드가 없는 방식이다.

네트워크 상에 존재하는 모든 노드들을 서로 연결하는 방식으로, 노드:노드 형식을 띤다.

노드가 많아지면 그만큼 요구되는 물리적 채널의 수도 많아진다.

상당히 복잡하게 얽히기 때문에 전체 그림을 보면 마치 그물처럼 보인다.

많은 통신 회선, 복잡한 네트워크 구성 때문에 비용은 많이 들지만 신뢰성이 높아서 중요한 네트워크에 주로 쓰인다.

전용 링크로 데이터를 전송하기 때문에 통신량 문제에서 자유롭다.

링크 하나가 고장 나도 다른 경로를 우회해서 전송하면 되기 때문에 안전하다.

전용선으로 메시지를 보내므로 보안에 유리하며, 결함의 식별과 분리도 쉽다.

다만 모든 노드를 서로 연결해야 하기 때문에 구축할 때 상당히 복잡한 절차가 요구되고 비용도 상당히 비싸다.

 

4.6) 혼합형

소규모가 아닌 이상, 위에서 살펴본 네트워크 접속 형태가 순수한 형태로 구축되는 경우는 드물다.

네트워크 구축 형태에 따라 서로 장단점이 명확하고, 특징도 다 다르기 때문에 필요에 따라 다양한 형태를 섞은 혼합형 접속 형태를 주로 사용한다.

 

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5. 네트워크 전송 매체

네트워크 접속 장치는 데이터 표현을 위해 신호를 사용한다.

이 신호는 전자기적 형태의 신호로 전송된다.

신호를 전송하는 매체는 노드와 노드를 연결하는 물리적 선로가 된다.

종류와 용도에 따라 다양한 매체가 사용되는데, 주로 케이블이나 와이어를 사용한다.

 

5.1) 네트워크 전송 매체의 분류

전송 매체는 유선과 무선으로 나눠진다.

유선 전송 매체는 동축 케이블, 꼬임선, 광섬유 케이블 등이 있으며, 무선 전송 매체는 전파를 주로 사용한다.

 

- 유선 전송 매체: 동축 케이블

동축 케이블은 2개의 전도체와 차폐용 그물망으로 구성되어 있다.

케이블 TV 시스템에 사용되는 케이블 방식과 유사하다.

꼬임서보다 주파수가 높고, 데이터 전송이 빠르며 외부 신호와 전자파를 잘 차단한다.

이러한 특성 때문에 유선 방송, 케이블 TV, 근거리 통신망 등에서 주로 사용된다.

 

- 유선 전송 매체: 꼬임선

꼬임선은 플라스틱으로 덮인 두 가닥의 절연 구리선이 꼬여있는 형태로 되어 있다.

한 쌍이 하나의 통신 회선 역할을 하고, 여러 쌍을 묶어서 하나의 케이블을 형성한다.

이렇게 꼬여있는 이유는 전기적 신호 간섭을 줄이기 위해서이다.

위에서 살펴본 성형 네트워크 접속 상태에 주로 사용되며, 설치가 쉽고 가격이 저렴하다는 장점이 있다.

흔히 찾아볼 수 있는 UTP 케이블, FPT 케이블 등이 꼬임선에 해당한다.

꼬임선은 피복의 정도에 따라 성능이 달라진다.

이는 전기적 신호의 간섭 정도가 달라지기 때문이다.

 

- 유선 전송 매체: 광섬유 케이블

광섬유 케이블은 이름에서 알 수 있듯이, 빛을 사용해 데이터를 전송하는 방식이다.

이 때문에 구부러지는 정도에 한계가 있으며, 속도가 빠르고 잡음에 대한 부담이 없다.

다만 아직은 단가가 비싸고 설치가 복잡하다는 단점이 있다.

 

- 무선 전송 매체: 라디오파

라디오 파는 말 그대로 라디오 방송에서 주로 사용되는 전파이다.

빛의 속도로 데이터를 전송할 수 있으며, 진공 상태와 대기를 통과할 수 있다.

방향성이 없기 때문에 파라볼라 안테나를 쓸 필요가 없다.

주파수에 따라 영역이 나눠지는데, 파장이 긴 것은 3km까지 대응할 수 있다.

이 파장의 종류는 초단파, 단파, 중파, 장파로 나눠지며, 종류에 따라 용도가 다르다.

초단파는 FM 라디오, 단파는 경찰 라디오, 중파는 AM 라디오 등에 쓰인다.

신호의 강약을 조절하는 AM 방식, 주파수를 변조하여 데이터를 보내는 FM 방식으로 나눠지는데, 요즘은 FM을 주로 사용한다.

 

- 무선 전송 매체: 마이크로파

마이크로파는 극초단파, 센티미터파, 밀리미터파와 같이 주파수가 매우 높은 전파를 말한다.

300 MHz ~ 3 GHz 수준의 주파수 대역을 쓰는 지상 마이크로파는 유선 통신을 하기 힘든 지역에서 사용된다.

한 지역의 파라볼라 안테나가 전파를 전송하면, 다른 지역의 파라볼라 안테나가 이 전파를 수신하는 형태이다.

이 방식은 근거리에서는 상관없지만, 장거리 전송 시에는 장애물에 취약하기 때문에 중계기가 요구된다.

위성을 사용하는 위성 마이크로파 방식도 존재하는데, 이는 통신 위성이 지상에 있는 여러 기지국과 연결되어 전파를 주고받으며 통신하는 방식이다.

높은 주파수를 쓰기 때문에 품질도 좋고 전송 대역폭이 넓지만 위성을 쓰는 방식 때문에 기후에 영향을 받을 수밖에 없다.

 

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수고하셨습니다!

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