통신망
1. 개요
[image]'''"The watershed event that made people suddenly realize that packet switching was a real technology."'''
"그 중대한 사건은 사람들에게로 하여금 이 패킷 스위칭이란 것이 (테스트가 아닌) 진짜 기술이었단 걸 갑자기 깨닫게 하였다."
- 네트워크를 사실상 창시한 Robert E. Kahn이 네트워크를 두고 한 인터뷰.
거대한 인터넷 지도
출처
영어로는 Network.[1] 우리가 자주 접하는 그 네트워크 맞다. 정확히는 전자신호를 통해 통신하는 모든 기기가 서로 통신하기 위해 만든 하나의 망을 의미한다. 어원은 거미줄같이 꼬인 회선이란 의미이며, 위의 사진만 봐도 그게 무슨 소리인지 알 수 있을 것이다.
2. 탄생과 역사
테스트 통신을 이곳 저곳에서 하다가 얼떨결에 전 세계를 연결하게 되버린 망(Network).
정확한 영문 명칭은 Computer Network 혹은 Data Network 이다.[2]
오늘날 네트워크란 단어는 일반적으로 밥 칸과 빈츠 서프가 미 방위청 DARPA에서 '''테스트 망'''을 깔고 확장시키다가 결국 전 세계로 퍼진 컴퓨터 통신 망(Network)을 뜻한다.
2.1. 기술 정의
Network의 기초 전신인 TCP/IP는 RFC675에 정의되어있다.
참고로 'Node'라는 말은 네트워킹을 할 수 있는 하나의 객체를 일컫는다. 휴대폰도, PDA도, 하나의 PC도 네트워크 접속 가능한 기기 하나는 1개의 노드로 취급된다.
2.2. 탄생 경위
2.2.1. 테스트 망을 만들다
밥 칸은 DARPA의 IPTO 기관에서 일을 시작하였다. 1969년 어느 날 밥칸은 컴퓨터 운영 체제도 소켓으로 통신하는데 구조만 좀 변형하면 서로 통신할 수 있다는 것을 참고하여 컴퓨터 간의 네트워크 가능성을 제시했다.[3] 그렇게 DARPA에서 최초의 네트워크를 설치한다. 최초의 네트워크니 'ARPANET'이라 이름이 지어진다. 이로써 서로 다른 20개의 컴퓨터에서 통신이 가능해졌다. 이 성공으로 같은 해 10월 미국에서 밥칸은 40개의 컴퓨터를 네트워크로 연결하였다.[4] 이후 알파넷의 한계 때문에 기존 네트워크를 대체하기 위해서 TCP/IP가 RFC675에 작성되어 탄생한다.
3. 통신망의 종류
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규모에 따라 분류해놓은 '''무선 통신망''' 비교도.
3.1. 광역 통신망
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광역 통신망. 영어로는 "Wide Area Network"이라고 쓰며, 줄여서 '''"WAN"'''이라고 부른다.
가장 상위 단위에 속하는 통신망이며, 그 규모도 크고 아름답다. 일반적인 사람이 쉽게 접할 수 있는 광역 통신망은, 전국에 깔려있는 전화선, 현대에 와서 가장 많이 접하는 광역 통신망은 ISP(인터넷 서비스 제공업자)가 인터넷 서비스를 제공하기 위해 전국에 회선을 깔아 구축한 통신망이다.
물론 인터넷 회선뿐만 아니라, 최상위 단위의 네트워크끼리 다이렉트로 연결되는 경우도 광역통신망으로 불린다. 이러한 통신망 중 가장 대표적인 것은 기업의 인트라넷에서 본사와 지사 간 전용선으로 다이렉트로 연결되는 경우이다.
다만 위의 사진은 예전의 개념이고, 2000년대 이후에는 MSPP[5], PTN[6] 장비를 사용해 PSTN를 비롯한 모든 유무선 통신이 동일 선로를 공유하게 되었다.
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3.2. 도시권 통신망
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도시권 통신망. 영어로는 "Metropolitan Area Network"이라고 쓰며, 줄여서 '''"MAN"'''이라고 부른다.
광역 통신망의 바로 아랫단계이며, 근거리통신망의 상위에 속한다. 원래 이 개념은 처음에 통신망이 생겼을 때 없었던 개념이었다. 하지만 휴대전화의 전 세계적 보급으로, 각 도시마다 기지국을 사용해 지역마다 네트워크를 구축해야 했기 때문에, 이 기지국을 가리키는 새로운 개념이 필요해지게 되었다.
도시권 통신망은 말 그대로 이런 도시 각각에 설치돼있는 통신망을 의미하며, 한 도시권역에 있는 모든 도시권 통신망은 다른 도시에 있는 도시권 통신망들과 광역 통신망으로 다이렉트로 연결된다.
3.3. 근거리 통신망
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근거리 통신망. 영어로는 "Local Area Network"이라고 쓰며, 줄여서 '''"LAN"'''이라고 부른다.
근거리(Local area)의 범위는 정해진 것이 따로 없지만, 일반적으로 하나의 사무실 또는 주택 내의 네트워크를 LAN 이라고 부른다.
목적에 따라 아래로 더욱더 세분화 되지만, 일단 전체적인 통신망에서 가장 하위에 속하는 것이 근거리 통신망이다. 광역 통신망에 다이렉트로 연결되는 단말이나, 도시 각 구역에 존재하는 도시권 통신망을 통해 통신을 하는 가장 하위층 통신망이며, 통신망의 대부분을 차지한다.
근거리 통신망을 구축하기 위해 랜 카드와 랜 케이블을 필요로 하는데, 덕분에 랜이라고 하면 하드웨어 카드나 케이블을 의미하는 뜻으로 많이 알고 있다. 하지만, 그 앞글자는 근거리 통신망을 줄인 LAN이기 때문에 결과적으로 근거리 통신망을 의미한다는 사실을 잊지말자.
3.4. 개인 통신망
영어로는 "Personal area network"이라고 쓰며, 줄여서 '''PAN''' 이라고 부른다.
한 사람이 사용하는 두 대 이상의 장비끼리 통신하는 기능이며, 대표적인 기술로 블루투스가 있다. 간단히 연상하면 스마트폰과 블루투스 헤드폰 정도의 관계이다. 그 외 스마트폰 핫스팟 같은 기능도 개인 통신망으로 취급한다.[7]
이 이하로는 규모를 논하기도 뭣하지만, 사실 컴퓨터 하나를 단독으로 놓고 봐도 각종 하드웨어들로 구축된 통신망이라고 할 수 있다.
4. 통신망 구축형식
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4.1. 링 형
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각 컴퓨터를 마치 원같이 연결한 통신망. 구축비용이 비교적 저렴한 편에 속한다.
- 토큰링 구조
서울 지하철 2호선마냥 원형 선로를 따라 계속 도는 토큰이 존재하여, 그 토큰이 자기에게 왔을 때만 데이터를 '송/수신'하는 구조로 동작한다. 그래서 '토큰 패싱' 방식이라고 부른다. 송/수신이 끝난 컴퓨터는 토큰을 다음 컴퓨터로 넘긴다.
그런데, 토큰을 받은 컴퓨터가 토큰만 먹고 그대로 다운돼버리면 토큰 분실 상황이 발생하며, 이것이 복구될 때까지 전체 네트워크가 마비된다. 혹시라도 토큰 분실에 대비책이 없는 네트워크는 네트워크 전체를 리부트할 때까지 영원히 마비된다. 게다가, 어느 한 군데라도 끊어지면 전체 네트워크를 완전히 사용할 수 없다는 더 큰 문제도 존재한다.
대신 이 네트워크는 매우 고속으로 만들 수 있다는 장점이 있어서, 안정성이 충분히 확보된 곳에서 사용하는 방법이다.
그런데, 토큰을 받은 컴퓨터가 토큰만 먹고 그대로 다운돼버리면 토큰 분실 상황이 발생하며, 이것이 복구될 때까지 전체 네트워크가 마비된다. 혹시라도 토큰 분실에 대비책이 없는 네트워크는 네트워크 전체를 리부트할 때까지 영원히 마비된다. 게다가, 어느 한 군데라도 끊어지면 전체 네트워크를 완전히 사용할 수 없다는 더 큰 문제도 존재한다.
대신 이 네트워크는 매우 고속으로 만들 수 있다는 장점이 있어서, 안정성이 충분히 확보된 곳에서 사용하는 방법이다.
- 자동 복구형
이더넷의 경우 선형 또는 트리형 네트워크를 사용하는데, 선형 형태로 구성된 네트워크의 양끝단을 묶어 놓고, 임시적으로 차단해 놓은 형태로 사용하는 네트워크이다. ERPS(Ethernet Ring Protection Switching) 라는 기술이 사용되는데, 네트워크를 사용하다가 어느 한 곳에 문제가 생길 경우, 임시적으로 차단한 경로를 재연결해서 다시 전체 네트워크가 연결되도록 하는 기술이다.
4.2. 별 형
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중앙집중형. 가장 많이 쓰이는 통신방법이다. 서버 클라이언트 방식이라고도 한다. 통신망의 제어가 간단하고, 구축 비용도 저렴한 편이지만, 중앙 노드(보통 스위치허브)에 트래픽이 몰리면 속도가 느려지고, '''스위치가 다운되면 모든 통신망이 마비된다!'''
대신 중앙만 멀쩡하면 네트워크 일부가 끊어져도 해당 컴퓨터에만 문제가 생긴다.[8]
사실 21세기의 네트워크는 모두 별 형을 기본으로 한다. 모든 가정용 네트워크는 공유기로 집중되고, 회사 네트워크는 게이트웨이 라우터로, 휴대폰은 기지국으로, 전화선은 전화국으로 집중된다. 이렇게 하나로 집중된 데이터를 다시 트리형/그물형으로 연결된 상위 네트워크로 연결한다. 문서 상단의 사진보다 더 최근의 인터넷 지도를 보면 별 형 네트워크 덩어리들이 선명하게 보인다. 위 사진에서도 트리형, 별 형 네트워크가 꽤 보이긴 하지만.
4.3. 트리 형
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근거리 통신망에서는 찾아보기 힘들고, 광역통신망에서 사용한다. 보통 건물 백본에서 고속망으로 따온 회선을 최종 단말로 분배하는 단자함이 이 형태로 만들어진다. 그리고 MAN통신망이 이 트리형에 가깝다. 엄밀히는 그물형이지만.
간단히, 스타형 네트워크가 계층 구조를 가지면 트리형이 된다.
4.4. 그물 형
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컴퓨터끼리 얼기설기 연결된 구조를 메쉬형이라고 부르며, 그중 모든 컴퓨터끼리 완전히 1:1로 연결된 구조를 '풀 메쉬' 또는 'full connected' 라고 부른다.
이러한 그물형 네트워크에서는 두 단말의 연결 경로가 유일하게 결정되지 않으므로, 한쪽 경로에 문제가 생겼다고 해도 우회할 수 있는 경로가 존재하기에 안전성이 증가된다. 하지만, 반대로 엉뚱한 경로를 타고가다가 원형 구간에서 뱅글뱅글 맴돌며 미아가 될 가능성도 존재한다. 그래서 정확한 경로를 찾는 '라우팅'이란 기능이 중요하다. 또한, 그런 기능을 하는 장비를 라우터라고 부른다.
만약 모든 컴퓨터를 1:1로 연결한 풀 메쉬 방식으로 연결된 경우에는, 통신하고자 하는 두 단말만 무사하면 다른 컴퓨터의 고장 여부와 상관 없이 통신이 가능해 진다. 또한, 1:1 통신이 가능하기 때문에 다른 컴퓨터에 트래픽을 유발하지 않지만, 중간에서 제어가 불가능하고, 구축비용이 너무 비싸다.
연결도가 높으면 높을수록 구축비용이 증가하지만 그만큼 안전해진다.
실제로, 인터넷이 바로 이 그물형 네트워크이며, 애초에 전쟁용으로 특정 기지가 폭격당해 사용할 수 없게 되었을 때 우회 경로를 이용하자는 개념에서 시작된 것이다.
4.5. 버스 형
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어떠한 통신망에서 선을 따 통신선으로 끌어다가 쓰는 방식이다. 멀티탭의 원리와 동일하다고 보면 된다. 필요할 때마다 선을 끌어쓰면 되기 때문에 기기가 추가될 때마다 추가적인 회선을 깔 필요가 없어져 구축비용을 아낄 수 있다. 하지만 한 선에 데이터가 몰리게 된다면, 병목 현상이 일어나게 된다.
초기의 이더넷은 이 버스 형 구조를 사용했다. 대략 설명하면 버스를 누가 사용하는지 한번 확인해 보고, 아무도 안 쓰면 자기가 데이터를 전송한다. 문제는 확인해 보는 과정도 사실 데이터를 전송하는 것이기에 전송량이 많으면 많을수록 빈번히 데이터 충돌이 발생하며, 그만큼 심각한 속도 저하가 발생한다.
더미 허브를 사용하는 구조에서는 물리적으론 별형 구조를 구성된다. 다만, 더미 허브는 네트워크의 수신자 주소를 열어보지 않고 자기가 알고 있는 네트워크 전체로 패킷을 뿌려버리고, 목적지 주소가 맞는 노드는 알아서 패킷을 가져가고 나머지 노드는 수신한 패킷을 폐기하는 방식이기에 논리적으로는 여전히 버스형과 동일하다.
현재의 이더넷은 이런 문제를 완전히 개선해서 더이상 데이터 충돌이 발생하지 않는 장비인 스위치를 사용하며 물리적/논리적으로 모두 별형 구조이다. 하지만, 랜카드에는 아직도 수신자 주소가 맞지 않는 패킷을 폐기하는 기능이 남아있긴 한데, 하위호환성 때문이다.[9]
그런데, 정말 초고속으로 패킷이 오가는 곳(예를 들어 데이터센터 내부망)에서는 여전히 더미 허브가 아직 사용되고 있다. 스위칭 장비로 일일이 패킷을 까 볼 시간이 없으니까 그냥 중앙 버스에 패킷을 냅다 던지는 것이다. 물론 충돌을 피하기 위해서 시분할 방식을 쓴다든가 하는 여러 기술을 사용하여 초고속 통신을 가능하게 한다. 참고로 여기서의 '''초고속'''의 기준은 100 Gbps쯤은 되는 정말 미친 스피드. 그리고 지금은 200 Gbps, 400 Gbps 심지어 1 Tbps도 준비 중이라 한다..
5. 참고 항목
6. 외부 링크
Kahn 등 네트워크 설립자들에 대한 인터뷰 자료
[1] 실제 발음은 ''''넷워크''''에 가깝게 들린다. IPA 표기는 /nɛtwɝk/.[2] 'Social Network' 단어를 떠올려보면 이해하기 쉬울 것이다.[3] Oral History of Robert KahnArchived July 7, 2010, at the Wayback Machine. Bob Khan의 영문 위키에서 사료 참고.[4] International Computer Communication Conference October 24–26, 1972 in Washington, DC at the Hilton Washington 발표.[5] EOS란 개념의, 모든 신호를 음성망 기반으로 통합.[6] 모든 신호를 IP망 기반으로 통합.[7] 다만 Wi-Fi는 일반적으로 근거리 통신망으로 취급한다.[8] 이 때문에 대한민국의 모든 통신이 오가는 관문국인 KT 혜화지사 내의 어느 통신장비 하나라도 대미지를 당하게 되면 대미지를 당한 그 순간부터 피해가 막심해지는 중요시설 인지라 테러범들의 주된 타깃들 중에 하나이고, 사변#s-1, 전쟁 중이거나 전쟁에 준하는 상황이 발생하더라도 무조건 사수해야만 하는 국가중요시설들 중에 국가중요시설 지정 및 방호 훈령 제7조 5항의 2에 의거하여 '''나급 정보통신시설'''로 지정되어 있어 KT플라자 혜화점을 제외한 나머지 시설 전체에 대한 경비가 굉장히 삼엄하다. 전국의 모든 통신 트래픽#s-2을 혜화국사나 구로국사가 아닌 KT가 운영 중인 다른 전화국사로 우회 할 방법이 없지 않겠느냐고 반문 할 수도 있겠지만, 이는 2003년도 1월 25일에 터졌던 인터넷 대란과 2018년도 11월 24일에 터졌던 전화국 화재사고에 대한 내용을 조금이라도 알아보지도 않고 하는 얘기다. 혜화국사 혹은 구로국사가 마비되는 탓에 다른 전화국사로 트래픽#s-2을 우회시켜야만 하는 상황까지 갈 정도면 전체적인 통신망 내의 속도가 끔찍하게 느려 질 뿐만 아니라, 해외 사이트에 접속하기 위해 거쳐야 하는 해외 노드도 2019년 4월 기준, KT 한정으로 혜화전화국과 구로전화국 두 곳에만 구축되어 있는지라 해외 사이트에 접속하는 것조차도 불가능해진다.[9] 사실 하위호환성만을 위해서는 아니다. 브로드캐스팅으로 쏴보내는 WOL 같은 경우도 있고.