컴퓨터 네트워크의 기본 구성

컴퓨터 네트워크는 서로 통신하고 데이터를 주고 받는 기기들로 이루어진 연결 시스템이다. 컴퓨터 네트워크의 기기는 PC뿐만 아니라 스마트폰, 서버, 프린터 등 유선이나 무선 네트워크에 연결해 통신할 수 있는 모든 기기들을 뜻하며, 다른 말로 노드(node)라고도 부른다. 노드들은 커뮤니케이션 링크(communication link)라고 부르는 연결고리로 연결돼있는데, 이 링크를 타고 데이터가 전송된다.

 

네트워크 구조

• Network edge: 말 그대로 네트워크의 가장 끝쪽에 해당하는 영역으로, 여기에 연결돼있는 노드를 host 또는 end system이라고 한다. End system은 즉 네트워크에 연결하는 단말기인데, 우리가 서비스를 제공할 때 사용자를 end user라고 부르는 것과 같은 맥락이다.

Network edge에 위치한 end system

 

• Access network: 한 end system이 다른 end system과 통신하는 경로에서 시작 end system을 첫번째 라우터(edge router)에 연결해주는 네트워크다. End system이 네트워크에 진입하기 위해 거치는 네트워크다. Access network에 해당하는 인프라로는 이더넷, 와이파이, 3G/LTE(모바일 네트워크) 등이 있다. 우리가 이더넷 케이블을 연결해서 인터넷을 사용하는 것은 ISP가 제공하는 access network에 접속하는 것과 같다.

Edge router로 연결되는 access network

 

• Network core: 네트워크의 중심지인 network core는 라우터들이 연결된 대형 그물망이다. Network core에서는 스위칭 기술을 활용해 데이터를 여러 라우터로 전달한다.

네트워크로 이루어진 네트워크(network of networks)라고 불리는 인터넷의 network core

 

네트워크 구분

네트워크는 그 규모에 따라 여러가지 타입으로 분류된다.

• LAN(Local Area Network): 사무실 건물, 학교 캠퍼스, 주거지역 수준으로 작은 규모의 네트워크 영역을 LAN이라 칭한다.
• MAN(Metropolitan Area Network): LAN보다 넓은 영역으로, 도시 전체를 잇는 네트워크를 주로 MAN이라고 한다. 서브 네트워크의 개념인 브랜치(branch)를 갖고 있을 수 있고, LAN끼리 이어주기도 한다.
• WAN(Wide Area Network): 상위 레벨의 행정구역이나 국가 등, 물리적으로 가장 넓은 네트워크를 커버한다. 우리가 쓰는 인터넷은 전세계적인 WAN이라고 볼 수 있다.

그 외에도 SAN(Storage Area Network)나 CAN(Campus Area Network) 등 규모, 소유권, 물리적 거리에 따라 다양하게 구분되어 있다.

 

스위치

스위치는 데이터가 이동하는 경로를 정해주는 모든 기기를 광범위하게 부르는 단어로, 교차로라고 볼 수 있다. 스위치는 LAN 내의 트래픽을 관리하기도 한다.

 

컴퓨터 기기는 물리적으로 설치된 NIC(Network Interface Card) 또는 LAN 카드로 인해 MAC 주소라고 하는 고유 식별자를 부여받는다. NIC는 컴퓨터에 장착하는 어댑터로, NIC가 스위치에 이더넷 케이블로 연결되면 스위치는 연결된 기기들의 MAC 주소를 MAC 주소 테이블에 기록한다. 이 MAC 주소 테이블을 통해 스위치는 데이터를 어디로 보내야할지 알 수 있다.

 

OSI 레이어 중 어느 계층에서 동작하는지에 따라 다양한 스위치가 존재한다. 상위 계층에서 동작하는 스위치는 하위 레이어에서도 동작할 수 있지만, 그 반대는 불가하다.

• L1 스위치: 허브, 리피터 기능만 하는 스위치로, 데이터 패킷을 다른 기기로 전달하기만 한다.
• L2 스위치: 패킷의 정보를 읽어서 정보 내 MAC 주소를 저장할 수 있는 스위치다.
• L3 스위치: 라우팅 기능을 수행할 수 있는 스위치로, 라우터라고 부른다. IP 정보를 읽어 패킷을 전송할 수 있다.
• L4 스위치: 로드밸런서라고 부르는 스위치다. IP주소와 포트 번호를 활용해 요청과 응답을 처리한다. 트래픽 부하를 분산해서 여러 서버들에게 전달한다.
• L7 스위치: 패킷이 가진 정보를 가장 많이 읽을 수 있고, 이 정보를 활용해 패킷을 처리할 수 있는 스위치다. L7 스위치 또한 로드밸런싱이 가능하고, 웹서비스의 장애를 인지할 수 있다.

리피터

리피터는 OSI 계층 중 L1에서 동작하는 장비다. 유선 통신의 경우 데이터가 전기신호로 전환돼서 LAN 케이블을 타고 이동하는데, 이때 더 먼 거리를 이동할 수록 신호가 약해진다. 리피터는 이 전기신호를 증폭시켜 다른 곳으로 전달해주는 역할을 한다.

 

브리지

브리지는 L2에서 동작하는 장치로, LAN 네트워크를 연결해주는 역할을 한다. 브리지는 MAC 주소 테이블을 가지고 있고, MAC 주소를 가진 장비가 연결된 포트로만 패킷을 전송한다. 브리지가 고도화된 장치가 스위치라고 보면 된다.

 

라우터

컴퓨터 네트워크에서 라우터는 데이터 전송에 특화된 기기다. 출발지점에서 목적지점까지 데이터가 전달되는 경로에 수많은 라우터가 존재하고, 라우터는 라우팅 알고리즘(예: 다익스트라, link-state)으로 최적의 경로를 찾아 데이터 패킷을 포워딩한다.

 

데이터를 전달할 때 라우터는 자기가 전달하는 데이터 패킷의 헤더를 읽어 어디로 전송할지를 파악하는데, 라우터는 구체적으로 목적지에 대한 정보 중 IP 주소를 파악해 다음 기기로 포워딩한다.