네트워크 구성요소

네트워크를 이해하기 위해서는 이론을 공부하는 것도 중요하지만 실제로 네트워크가 어떻게 구성되어있는지에 대해 아는 것이 필요하다.

네트워크 인터페이스 카드(NIC)

흔히 랜 카드라고 부르는 부품의 정식 명칭은 네트워크 인터페이스 카드(Network Interface Card)이다.

이는 컴퓨터를 네트워크에 연결하기 위한 하드웨어 장치이다.

보통 온보드 형태로 장착되지만 서버에서는 여러 네트워크에 동시에 연결되어야 하거나 더 높은 대역폭이 필요한 경우가 있기 때문에 이때에는 추가 장착한다. 허나 최근 서버에는 10GT NIC가 기본 장착되는 추세라 추가 장착하는 빈도는 줄어들 것이라고 예상된다.

NIC의 종류로는 아래와 같다

• PC 내장형 
• 일반형
• 서버용(10G)

NIC의 주요 역할은 다음과 같다

• 직렬화 : 전기적 신호를 데이터 신호 형태로 or 데이터 신호 형태를 전기적 신호 형태로 변환해준다. 네트워크 카드 외부 케이블에서는 전기 신호 형태로 데이터가 전송되는데 이런 상호 변환 작업을 직렬화라고 한다.
• MAC 주소 : 받은 패킷의 도착지 주소가 자신의 MAC 주소가 아니면 폐기하고 자신의 주소가 맞으면 시스템 내부에서 처리
• 흐름 제어 : 패킷 기반 네트워크에서는 다양한 통신이 하나의 채널을 이용하므로 이미 통신 중인 데이터 처리 때문에 새로운 데이터를 받지 못할 수 있다. 이런 경우에는 상대방에게 통신 중지를 요청할 수 있다. 이것을 흐름 제어라고 한다.

케이블과 커넥터

회사 네트워크에 접속하거나 서버를 네트워크와 연결하는 것과 같이 신뢰도 높은 통신이 필요한 경우에 사용하는데 이때 사용하는 것을 케이블이라고 하는데 종류는 아래와 같다.

• 트위스티드 페어(Twisted Pair)
• 동축(Coaxial)
• 광(Fiber-obtic)

이 케이블들은 연결해야하는 거리나 속도에 따라 다양한 케이블이 있고 용도에 맞게 사용된다. 이런 다양한 케이블을 모두 알 수는 없으므로 원하는 환경에 맞는 케이블을 올바로 선택하려면 케이블을 구성하는 기본 요소와 표준을 알아야 한다.

이더넷 네트워크 표준

현재 대중화된 기가비트 이더넷과 10기가 비트 이더넷이다. 일반 PC의 경우 기가비트, 데이터 센터의 서버는 기가비트와 10기가 비트를 주로 사용한다.

이더넷에서도 케이블의 종류, 인코더의 종류 등으로 세분화해 여러 가지 표준으로 나뉘지만 대중적으로 많이 사용하는 표준은 3가지이다.

• 1000BASE-T/10GBASE-T : 트위스티드 페어 케이블을 이용하는 기가 이더넷 표준
• 1000BASE-SX/10GBASE-SR : 멀티모드 광케이블을 사용하고 비교적 짧은 거리를 보낼 수 있는 이더넷 표준
• 1000BASE-LX/10GBASE-LR : 싱글모드 광케이블을 사용하고 비교적 긴 거리를 보낼 수 있는 이더넷 표준

1000BASE-T : 1000 = 속도, BASE = 채널, T = 케이블 타입

케이블, 커넥터 구조

케이블은 물리적으로 케이블 본체, 커넥터, 트랜시버 같은 여러 요소로 나뉜다. 케이블 본체는 트위스티드 페어, 동축, 광케이블로 나뉘고 케이블 본체의 종류에 따라 커넥터와 트랜시버의 종류도 함께 달라진다.

케이블 - 트위스티드 페어 케이블

종류로는 쉴드를 장착한 STP/FTP 케이블과 종류와 쉴드가 없는 UTP 케이블로 나뉜다. 이는 내부, 외부 간섭을 막냐의 차이이다.

트위스티드 페어 케이블은 RJ-45 커넥터를 이용하고 케이블 본체와 함께 연결되어 분리할 수 없다.

이 케이블도 요구되는 속도와 통신 거리에 따라 다양한 스펙이 있고 환경에 따라 적절히 선택해야 한다.

케이블 - 동축 케이블

케이블 TV와 연결할 때 사용하는 두꺼운 검정 케이블과 같은 종류이며 과거에 LAN 구간에도 사용되었지만 다루기 힘들고 고가이므로 잘 사용되지 않았으나 최근 10G 이상의 고속 연결을 위해 트랜시버를 통합한 DAC(Direct Attach Copper Cable)라는 동축 케이블을 사용한다.

케이블 - 광케이블

광케이블은 신뢰도가 높고 더 먼 거리까지 통신할 수 있어 높은 대역폭을 요구하거나 먼 거리를 통신해야 하는 네트워크 장비 간의 통신에 주로 사용된다. 케이블은 저항 때문에 감쇄와 주위 자기장의 간섭으로부터 보호받아야 하는데 광케이블은 이로부터 비교적 자유롭다.

광케이블은 아래와 같이 나뉘는데

• 싱글모드 : 먼 거리 통신을 지원하기 위해 케이블 굵기가 매우 가늘고 신호를 보내는 광원으로 레이저를 사용한다
• 멀티모드 : 싱글모드에 비해 비교적 굵은 케이블을 사용하며 광원으로 LED을 사용한다.

	멀티모드	싱글모드
코어 직경	50/62μm	8~10μm
클래딩 직경	125μm	125μm
광 전송로 모드	복수	하나
전송 손실	많다	적다
전송 거리	550m	10~100km
케이블 취급	쉽다	어렵다
비용	저가	고가

커넥터

커넥터는 케이블의 끝부분으로 네트워크 장비나 네트워크 카드에 연결하는 부분이다.

트위스티드 페어는 RJ-45 커넥터지만 광케이블은 다양한 커넥터가 있다.

광케이블은 주로 LC 커넥터가 사용되고 SC 커넥터가 일부 사용된다. 서버에 사용할 경우 커넥터 타입을 네트워크 담당자에게 알려줘야 적절한 케이블을 사용할 수 있다.

트랜시버

트랜시버는 다양한 외부 신호를 컴퓨터 내부의 전기 신호로 바꾸어준다.

이전에 케이블을 변경하면 네트워크 장비와 네트워크 카드도 함께 변경해야 했던 문제를 해결하고 서로 다른 다양한 네트워크 표준을 혼용해 사용할 수 있도록 트랜시버를 사용한다.

지원 속도와 크기에 따라 여러 종류가 있다.

• SFP
• GBIC
• SFP+
• XFP

허브

허브는 케이블과 동일한 1계층에서 동작하는 장비이다. 거리가 멀어질수록 줄어드는 전기 신호를 재생성해주고 여러 대의 장비를 연결할 목적으로 사용된다.

허브는 단순히 들어온 신호를 모든 포트로 내보내 네트워크에 접속된 모든 단말이 경쟁하므로 전체 네트워크 성능이 저하되고 패킷이 무한 순환해 전체가 마비되는 들 다양한 장애의 원인이 되어 현재는 잘 사용되지 않고 있다.

스위치

스위치는 허브와 동일하게 여러 장비를 연결하고 통신을 중재하는 2계층 장비이다.

허브와 내부 동작 방식은 다르지만 여러 장비를 연결하고 케이블을 한 곳으로 모아주는 역할은 같으므로 허브라는 용어를 공통적으로 사용하기도 한다.

스위치는 허브와 달리 MAC 주소를 이해할 수 있어 목적지 MAC 주소의 위치를 파악하고 목적지가 연결된 포트로만 전기 신호를 보낸다.

스위치의 발명과 대중화는 이더넷 네트워크가 성능 보장이 가능한 효율 높은 네트워크 기술로 발전할 수 있었던 계기가 되었다.

라우터

라우터는 OSI 7계층 중 3계층에서 동작하면서 먼 거리로 통신할 수 있는 프로토콜로 변환한다.

라우터는 원격지로 쓸데없는 패킷이 전송되지 않도록 브로드캐스트와 멀티캐스트를 컨트롤하고 불분명한 주소로 통신을 시도할 경우, 이를 버린다. 즉 정확한 방향으로 패킷이 전송되도록 경로를 지정하고 최적의 경로로 패킷을 전송한다.

로드 밸런서

로드 밸런서는 OSI 4계층에서 동작한다.

4계층 포트 주소를 확인하는 동시에 IP주소를 변경할 수 있다. 로드 밸런서를 많이 사용하는 곳이 웹이다. 

웹 서버를 증설하고 싶을 때 로드 밸런서를 웹 서버 앞에 두고 웹 서버를 여러 대로 늘려준다. 대표 IP는 로드 밸런서가 갖고 로드 밸런서가 각 웹 서버로 패킷 목적지 IP주소로 변경해 보내준다.

이러한 원리를 통해 여러 대의 웹서버가 동시에 동작해 서비스 성능을 높여주는 동시에 일부 웹 서버에 문제가 발생하더라고 빠른 시간 안에 서비스 복구되도록 도와준다.

보안 장비(방화벽/IPS)

정보를 잘 제어하고 공격을 방어하는 장비이며 가장 유명한 보안 장비는 방화벽이다.

방화벽은 OSI 7계층 중 4계층에서 동작해 방화벽을 통과하는 패킷의 3, 4 계층 정보를 확인하고 패킷을 정책과 비교해 버리거나 포워딩한다.

기타(모뎀/공유기 등)

• 공유기 : 스위치, 라우터, NAT와 간단한 방화벽 기능을 한 곳에 모아놓은 장비
• 모뎀 :  짧은 거리를 통신하는 기술과 먼 거리를 통신할 수 있는 기술이 달라 이 기술들을 변환해주는 장비

공유기의 LAN 포트와 WAN 포트는 모두 일반 이더넷이어서 100m 이상 먼 거리로 데이터를 보내지 못하므로 먼 거리의 통신이 가능한 기술로 변환해주는 모뎀이 별도로 필요하다.

네트워크 종류와 쓰이는 기술에 따라 쓰이는 모뎀이 다른데,

기가 인터넷의 경우 FTTH 모뎀

동축 케이블의 경우 케이블 모뎀

전화선의 경우 ADSL, VDSL 모뎀을 사용한다.