네트워크의 구성 (Network Architecture)
네트워크를 구성하는 요소로는 “컴퓨터”, “네트워크 접속 장치”, “네트워크 전송 매체”로 분류된다.
- `PC(컴퓨터, 서버)`: 우리가 일상에서 주로 사용하는 웹 브라우저, 카카오톡, 인스타그램 등은 애플리케이션의 종류이다. 애플리케이션은 네트워크를 사이에 두고 다양한 데이터를 송수신한다.
- `네트워크 접속 장치`: 애플리케이션의 데이터를 정상적으로 전송하기 위한 장치로, 기본적으로 한 네트워크 내부에서 데이터 전송을 수행하는 “스위치”와 서로 다른 네트워크를 구분 짓고 연결하는 “라우터”가 있다.
- `네트워크 전송 매체`: 컴퓨터와 네트워크 접속 장치는 전송 매체에 의해 서로 연결되며, “유선 전송 매체(케이블)”와 “무선 전송 매체(전파)”로 분류된다. 케이블은 다양한 종류가 있기에 네트워크 규격에 맞는 케이블을 사용해야 하며, 네트워크 통신에 사용되는 전파는 규격에 따라 전파의 파장이나 주파수가 지정되어 있다.
네트워크 형태 (Network Type)
근거리 네트워크 (Local Area Network: LAN)
근거리 네트워크는 범위가 건물 안이나 특정 지역인 네트워크이다. 유선 케이블, 적외선 링크, 무선 송수신기 등을 이용하여 통신한다.
광역 네트워크 (Wide Area Network: WAN)
광역 네트워크는 2개 이상의 LAN을 넓은 지역에 걸쳐 연결한 네트워크로 WAN은 ISP(통신 사업자)가 제공하는 서비스를 사용하여 구축되는 네트워크이다.
LAN은 연결한 거리가 짧아서 신호가 약해지거나 오류가 발생할 확률이 높으나, WAN은 멀리 떨어진 LAN과 연결되어있기에 신호가 약해지거나 오류가 발생할 확률이 더 높고 속도도 LAN에 비해 느리다.
인트라넷 (Intranet)
인트라넷은 인터넷에서 사용하는 회선과 여러 기반 기술을 이용해 구축하는 사설 네트워크이다. 인트라넷은 외부 공격으로부터 보호되도록 설계되며 기업의 중요한 데이터와 시스템을 외부의 위험으로부터 보호할 수 있다.
네트워크 접속 장치 (Network Connecting Device)
네트워크 접속 장치는 통신망 구성에 가장 기본이 되는 하드웨어로, 다양한 형태의 근거리 통신망을 연결하여 좀 더 복잡하고 큰 광역 통신망을 형성할 수 있다.
LAN 카드 (Network Interface Card, NIC 카드)
LAN 카드는 두 대 이상의 컴퓨터로 네트워크를 구성하기 위해 외부 네트워크와 빠른 속도로 데이터를 송수신할 수 있도록 컴퓨터 내에 설치하는 확장 카드이다.
네트워크에 연결하는 물리적 장치에는 반드시 하나 이상의 LAN 카드가 있어야 하고, LAN 카드는 전송 매체 접속, 데이터 입출력, 데이터 송수신, 프로토콜 처리 등을 담당한다.
허브 (HUB)
허브는 여러 개의 입력 및 출력 포트가 있는 특수한 형태의 네트워크 장치로, 허브를 사용하면 네트워크에 연결된 컴퓨터끼리 통신이 가능하다. 한 포트에서 수신된 신호는 허브의 다른 모든 포트로 즉시 재전송되고 모든 입력과 출력이 연결되어 여러 개의 노드가 같은 중계기를 공유할 수 있다. 허브는 더미 허브, 스위칭 허브, 스태커블 허브, 인텔리전트 허브 등으로 분류된다.
- `더미 허브`: 단순히 컴퓨터 간의 네트워크를 중계하는 역할을 하는 허브로, 네트워크의 전체 대역폭을 노드 수만큼 분할하여 사용한다. 이에 따라 허브에 연결된 노드 수가 증가하면 네트워크의 속도가 떨어진다.
- `스위칭 허브`: 전체 대역폭을 컴퓨터 노드 수만큼 나누어 사용하는 문제점을 해결한 접속 장치이다. 수신지 주소를 읽어 그 주소의 단말기로만 데이터를 보내는 스위칭 기능이 있으며 노드들을 각각 점대점으로 접속시킨다. 따라서 더미 허브보다 전송 속도가 빠르다
- `스태커블 허브`: 스택 접속 포트를 갖춘 허브로, 허브 사이를 연결하여 용량을 확장할 수 있다. 여러 허브가 하나의 허브처럼 동작하여 전송 속도의 차이가 적다.
- `인텔리전트 허브`: 신호의 조절과 변경 등 다양한 지능형 기능을 포함한 허브로, 네트워크 관리 시스템을 이용하여 데이터 제어와 분석이 가능하다. 또한 충돌 발생 시 충돌을 일으키는 포트를 강제로 차단하는 기능을 가지고 있다.
스위치 (Switch)
스위치는 컴퓨터에 할당되는 대역폭을 극대화하는 장치로 근거리 통신망이 제공하는 대역폭을 모두 컴퓨터로 전송한다.
데이터를 하드웨어로 처리하며, 연결되는 포트에 서로 다른 속도를 연결하는 기능을 제공한다. 스위치는 수신하는 데이터의 수신 컴퓨터를 식별 가능하기에 데이터를 수신하기로 한 컴퓨터에만 데이터를 보낸다.
브리지 (Bridge)
브리지는 2개 이상의 근거리 통신망을 연결하여 하나의 네트워크로 만드는 장치로, 수신지 주소에 따라 특정 네트워크 트래픽만 통과시킬 수 있도록 설계된 특수한 네트워크 스위치이다.
브리지는 받은 신호를 증폭하고 입력과 출력을 연결하고 전체 네트워크의 트래픽을 줄이기 위해 네트워크를 세그먼트 단위로 분할한다. 이때, 세그먼트란 하나의 허브나 스위치로 구성된 가장 작은 규모의 네트워크를 말한다.
게이트웨이 (Gateway)
게이트웨이는 종류가 다른 2개 이상의 네트워크를 서로 접속하여 정보를 주고 받을 수 있는 장치이다. 하나의 네트워크를 다른 네트워크와 연결할 떄 사용되며, 서로 다른 프로토콜 통신망 간에 프로토콜을 변환하여 정보를 주고 받을 수 있다.
중계기 (Repeater)
중계기는 접속 시스템의 수를 증가시키거나 네트워크 전송 거리를 연장시키기 위해 사용한다. 네트워크에서 신호를 수신하여 증폭한 후 다음 구간으로 재전송하는 역할을 한다. 중계기는 신호를 증폭하기만 하고 데이터의 내용을 변경하지 않는다. 따라서 중계기는 통신망을 구성하는 세그먼트를 확장하거나 서로 연결하는데 주로 사용한다.
라우터 (Router)
라우터는 서로 다른 네트워크 간에 통신하는데 사용하는 장치로, 구조가 다른 망을 연결할 수 있기에, 근거리 통신망(LAN)과 대도시 통신망(MAN), 광역 통신망(WAN)을 연결하는데 이용된다.
라우터는 효율적인 경로를 선택하는 라우팅 기능도 수행한다. 그 외에도 “오류 패킷 폐기 기능”, “혼잡 제어 기능”, “네트워크 트래픽 방향 지정”, “방화벽 등의 보안 기능 제공” , “둘 이상의 네트워크 연결”, “웹 페이지 요청을 수신지로 전송” 등의 역할들을 수행한다.
네트워크 접속 형태 (Network Topology)
전송 매체와 프로토콜이 결정되면 다양한 형태로 컴퓨터를 구성할 수 있다. 네트워크에 연결된 노드와 링크가 물리적으로 배치된 방식을 “네트워크 토폴로지(Network Topology)”라고 한다.
네트워크 접속 형태는 네트워크에 연결된 여러 노드의 상호 연결 방법을 보여주는데, 그 종류로는 “성형”, “버스형”, “트리형”, “링형”, “그물형”, “혼합형” 등이 있다.
성형 (Star Topology)
성형은 가장 일반적인 네트워크 구성 형태로, 네트워크 중앙에 위치한 허브가 회선 교환 방식을 사용하여 통신하려는 노드 2개에 전용 회선을 만든다. 모든 노드가 중앙의 허브에 연결되어 통신된다. 성형의 장단점은 다음과 같다.
- (장점) 각 장치와 다른 장치를 연결하는 링크 하나와 I/O 포트 하나만 필요하기에 설치 비렴이 저렴하다
- (장점) 중앙 집중적 구조로 인해 유지 보수나 확장이 용이하다
- (장점) 링크 하나가 끊어져 작동하지 않을 때, 해당 링크만 영향을 받고 다른 링크는 영향을 받지 않아 안전하다.
- (단점) 중앙에 있는 전송 제어 장치에 장애가 발생하면 전체 네트웤크가 작동할 수 없고 통신량이 많으면 전송이 지연된다.
- (단점) 각 노드가 중앙 허브와 연결되어야 하기에 다른 접속 형태보다 많은 케이블이 필요하다.
버스형 (Bus Topology)
버스형은 모든 네트워크 노드와 주변장치가 일자형 케이블(버스)에 연결된 형태로, 하나의 긴 케이블은 네트워크의 모든 장치를 연결하는 중추 네트워크 연결을 한다. 버스형에서는 케이블에 연결된 하나의 노드가 데이터를 전송하면 나머지 노드가 수신할 수 있다. (브로드캐스팅)
NOTE!
브로드캐스팅(Broadcasting): 하나의 송신 측이 다수의 수신 측 단말을 지정하여 동일한 정보나 메세지를 동시에 전송하는 것
버스형은 네트워크 케이블의 양 끝에 종단 저항(Terminator)을 설치해야 신호 반사를 방지할 수 있다.
버스형의 장단점은 다음과 같다.
- (장점) 간단히 설치할 수 있고 케이블 비용이 적게 든다.
- (장점) 각 장치가 고장이 나도 전체 네트워크에 영향을 미치지 않는다.
- (단점) 장비 수가 많아지면 네트워크 성능이 저하된다.
- (단점) 중앙 케이블이 고장 나면 전체 네트워크가 작동하지 않으며, 버스 케이블에 결함이나 파손 발생 시 모든 전송은 중단되고 한쪽 지역에 있는 장치 간에도 전송할 수 없다
- (단점) 재구성이나 결합, 분리가 어렵다.
- (단점) 여러 장치가 동시에 데이터를 전송하면 충돌이 발생할 수 있다.
트리형 (Tree Topology)
트리형은 중앙에 있는 전송 제어 장치에 모든 장비를 연결하지 않고 트리 모양의 노드에 전송 제어 장치를 두고 노드를 연결한다. 트리의 최상위 노드에 위치한 허브는 하위 노드를 제어한다. 트리형의 장단점은 다음과 같다.
- (장점) 제어가 간단하여 관리나 네트워크 확장이 쉽다.
- (장점) 중앙에 있는 하나의 전송 제어 장치에 많은 장비를 연결할 수 있어 각 장비 간의 데이터 전송 거리를 늘릴 수 있다.
- (장점) 여러 컴퓨터를 분리하거나 우선순위를 부여할 수 있다.
- (단점) 중앙에 트래픽이 집중되어 병목 현상이 발생할 수 있다. 중앙의 전송 제어 장치가 다운되면 전체 네트워크에 장애가 발생한다.
링형 (Ring Topology)
링형은 노드가 링에 순차적으로 연결된 형태로 모든 컴퓨터를 하나의 링으로 연결한다. 각 노드는 인접한 두 노드와 연결되며 전체 네트워크는 하나의 링을 형성한다. 링형에는 링의 한 방형으로면 데이터를 전송하는 단순 링형(Simple Ring)과 양방향으로 전송하는 이중 링형(Double Ring)이 있다. 링형의 장단점은 다음과 같다.
- (장점) 구조가 단순하여 설치와 재구성이 쉽고, 장애가 발생해도 복구 시간이 빠르다.
- (장점) 각 장치는 바로 이웃하는 장치에만 연결되어 장치를 추가/삭제할 때는 연결선 2개만 움직이면 된다.
- (장점) 케이블 비용을 많이 줄일 수 있다.
- (장점) 신호가 항상 순환하기에 장치가 특정 시간 내에 신호를 받지 못하면 경보를 할 수 있다.
- (단점) 링을 제어하는 절차가 복잡하고 새로운 장비를 연결하려면 링을 절단하고 장비를 추가해야 한다.
- (단점) 단순 링형의 경우 링에 결함이 생기면 전체 네트워크를 사용할 수 없다. (이중 링형 또는 스위치를 사용하여 해결 가능)
그물형 (Mesh Topology)
그물형은 중앙에 제어하는 노드가 없고 모든 노드가 서로 전용의 점대점으로 연결되는 형태이다. 연결된 두 장치 간의 통신만 담당하는 링크를 통해서 연결된다.
- (장점) 전용 링크를 통해 데이터를 전송하기에 많은 장치를 공유하는 링크에서 발생하는 통신량 문제를 해결 가능하다.
- (장점) 한 링크가 고장나도 전체 시스템에 큰 영향을 끼치지 않는다.
- (장점) 메세지를 전용선으로 보내기에 수신자만 받을 수 있다. 보안에 유리하다.
- (단점) 노드를 다른 모든 노드와 연결해야 하기에 설치와 재구성이 어렵다.
- (단점) 네트워크가 복잡하고 많은 통신 회선이 필요하기에 많은 하드웨어 비용이 든다.
혼합형 (Hybrid Topology)
소규모 네트워크가 아니며 노드 수가 많은 실제 네트워크에서는 효율을 높이고 결함 허용 능력을 극대화하기 위해서 혼합형 접속 형태를 사용한다. 네트워크 서브넷을 서로 연결하여 규모가 큰 접속 형태를 만들기 위해 여러 접속 형태를 결합할 수 있다.
네트워크 전송 매체 (Network Transmission Media)
네트워크 접속 장치는 데이터를 표현하기 위해 신호를 사용한다. 이때 신호는 전자기 에너지 형태로 한 노드에서 다른 노드로 전송된다.
전송 매체란 송신 측과 수신 측을 연결하는 물리적 선로를 의미한다. 각 매체는 전송 지연, 대역폭 등 고유한 특성을 가지고 있다. 전송 매체는 크게 유선 전송 매체와 무선 전송 매체로 분류된다. 유무선 전송 매체의 특성은 매체 자체의 특성과 신호의 특성에 따라 달라진다.
유선 전송 매체 (유도 매체)
- `동축 케이블`: 주파수가 높고 데이터 전송이 빠르며 외부 신호와 전자파 차단 능력이 뛰어나다. 주로 유선 방송, 근거리 통신망 등에 사용한다.
- `꼬임선`: 네트워크 접속 형태 중 성형에 많이 사용되고 설치하기 쉽다는 장점이 있다.
- `광섬유 케이블`: 머리카락보다 가늘어 휘어지는 전송 매체로, 빛을 이용하여 데이터를 전송하기에 외부 간섭에 강하다. 광역 통신망과 근거리 통신망에서 주목 받는 전송 매체이다.
무선 전송 매체 (비유도 매체)
무선 전송 매체에서는 전자파를 매개체로 데이터를 전송한다.
- `라디오파`: 빛의 속도로 데이터를 전송하면서 진공 상태나 대기를 통과하여 데이터 전송에 유용하게 이용되는 전파로, 방향성이 없는 무선파를 사용한다.
- `마이크로파`: 주파수가 매우 높은 전파로 파라볼라 안테나를 설치하여 전파를 전송한다. 통신 및 레이더 등 광범위한 용도로 사용된다.
