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1. 개요
거대한 인터넷 지도출처
영어로는 Telecommunication Network.[1] 우리가 자주 접하는 그 네트워크가 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.
일반적으로 통신망이라고 부르는 것은 '전기통신망'을 뜻하는데 전기통신이란 전기적 방법으로 문자, 음성, 영상 등의 정보를 전하는 통신이다. 대표적으로 전화가 있으며, TV, 라디오, 전보 등을 모두 아우른다.
컴퓨터 네트워크는 전기통신망의 하나의 하위 분류로 구분된다.
2. 탄생과 역사
최초의 유선통신은 1844년 모스 부호를 창시한 사무엘 모스(Samuel Morse)에 의해서 미국의 두 도시(워싱턴-볼티모어) 사이에서 전신 메시지를 주고 받은 것이다. 이후 전화가 발명되면서 급속도로 확장되었다.[2]현대적 의미의 컴퓨터 네트워크 기술의 등장은 1958년 벨 연구소에서 만든 최초의 상업용 모뎀인 Bell 101 modem이다. 컴퓨터 데이터를 전화망을 통해서 전달할 수 있게 되었다. 다만 이때까지만 해도 통신을 위해서는 회선을 상시 점유하고 있어야 하는 서킷 통신망이었다.
이후 미군에 의해서 ARPANET이 만들어졌으며, 밥 칸에 의해 '패킷 스위칭'의 개념이 제시되고, 1973년 빈트 서프에 의해 TCP/IP 표준이 정립되었다.
"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."
- 밥 칸의 인터뷰.
"그 중대한 사건은 사람들에게로 하여금 이 패킷 스위칭이란 것이 (테스트가 아닌) 진짜 기술이었단 걸 갑자기 깨닫게 하였다."
- 밥 칸의 인터뷰.
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 패킷 스위칭 네트워크 가능성을 제시했다.[3]
TCP/IP가 RFC675에 정의되었다. 이후 ARPANET은 기존 네트워크 프로토콜을 TCP/IP 로 대체하였으며, 이후 인터넷의 근간이 되었다.
3. 통신망의 규모
규모에 따라 분류해놓은 무선 통신망 비교도.
3.1. 광역 통신망
광역 통신망. 영어로는 "Wide Area Network"이라고 쓰며, 줄여서 "WAN"이라고 부른다.
가장 상위 단위에 속하는 통신망이며, 그 규모도 굉장히 크다. 일반적인 사람이 쉽게 접할 수 있는 광역 통신망은 전국에 깔려있는 전화선이다. 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[4], PTN[5] 장비를 사용해 PSTN를 비롯한 모든 유무선 통신이 동일 선로를 공유하게 되었다.
바다를 건너 타 국가와 통신을 할 수 있게 해 주는 해저케이블도 WAN의 일종이라고 보면 편하다. 비록 무선통신망 한정이긴 하지만 WAN이 끊기면 2021년 10월 KT 인터넷 장애 사건과 같은 사건이 발생하게 된다. 더욱 넓게보면 해저케이블이 손상되어 아예 외부와 통신이 불가능했던 2022년 통가 해저 화산 폭발도 있다.
3.2. 도시권 통신망
도시권 통신망. 영어로는 "Metropolitan Area Network"이라고 쓰며, 줄여서 "MAN"으로 부른다.
광역 통신망의 바로 아랫단계이며, 근거리통신망의 상위에 속한다.
도시권 통신망은 말 그대로 이런 도시 각각에 설치돼 있는 통신망을 의미하며, 한 도시권역에 있는 모든 도시권 통신망은 다른 도시에 있는 도시권 통신망들과 광역 통신망으로 다이렉트로 연결된다.
도시권 통신망이 손상을 입게 되면 KT 아현지사 화재 사고와 같은 일이 발생하게 된다. 도시권 통신망이기 때문에 KT를 사용하는 서울 강북지역, 고양시 일부에서 네트워크를 사용할 수 없었다.
3.3. 근거리 통신망
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.[6]
이 이하로는 규모를 논하기도 뭣하지만, 사실 컴퓨터 하나를 단독으로 놓고 봐도 각종 하드웨어들로 구축된 통신망이라고 할 수 있다.
4. 통신망 구축형식
4.1. 링 형
파일:external/upload.wikimedia.org/500px-RingNetwork.svg.png
각 컴퓨터를 마치 원같이 연결한 통신망. 구축비용이 비교적 저렴한 편에 속한다.
- 토큰링 구조
1980년대 IBM에서 이더넷을 대체하고자 만든 방식. 대체는 커녕 다 이더넷 쓰느라 지금은 아무도 안쓰는 옛 방식이다.
서울 지하철 2호선마냥 원형 선로를 따라 계속 도는 토큰이 존재하여 모든 컴퓨터를 순차적으로 방문한다. 토큰은 빈 토큰(free token)일 수도 있고 데이터가 있는 토큰일 수도 있다. 각 컴퓨터는 그 토큰이 데이터 토큰이며 자신이 수신자인지 확인한 후 맞으면 데이터를 수신하고 아니면 다음 컴퓨터로 패스하는 식으로 네트웍이 동작한다. 그래서 '토큰 패싱' 방식이라고 부른다. 데이터를 송신을 하고자 하는 컴퓨터는 아무 때나 송신하면 안되고 빈 토큰이 자신에게 왔을 때 그것에 데이터를 실어서 돌려야 한다.
그런데, 토큰을 받은 컴퓨터가 토큰만 먹고 아무것도 안하면서 그대로 다운돼 버리면 토큰 분실 상황이 발생하며, 단 1개의 컴퓨터의 문제 때문에 전체 네트워크가 마비돼 버린다. 혹시라도 토큰 분실에 대비책이 없는 네트워크는 네트워크 전체를 리부트할 때까지 영원히 마비된다. 게다가, 어느 한 군데라도 망이 끊어지면 전체 네트워크를 완전히 사용할 수 없다는 더 큰 문제도 존재한다.
그런데, 토큰을 받은 컴퓨터가 토큰만 먹고 아무것도 안하면서 그대로 다운돼 버리면 토큰 분실 상황이 발생하며, 단 1개의 컴퓨터의 문제 때문에 전체 네트워크가 마비돼 버린다. 혹시라도 토큰 분실에 대비책이 없는 네트워크는 네트워크 전체를 리부트할 때까지 영원히 마비된다. 게다가, 어느 한 군데라도 망이 끊어지면 전체 네트워크를 완전히 사용할 수 없다는 더 큰 문제도 존재한다.
대신 이 네트워크는 당시 기준 고속으로 만들 수 있다는 장점이 있어서, 안정성이 충분히 확보된 곳에서 사용했던 방법이다. 지금은 아무도 안쓴다.
- 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.
더 오래된 기술로는 STP 가 있으나 여러 제약이 있어 널리 사용되진 않는다. 링형 (또는 메시형) 구조에서 자동으로 트리형태로 바꿔준다.
4.2. 별 형(스타 형)
중앙집중형. 가장 많이 쓰이는 통신방법이다. 서버 클라이언트 방식이라고도 한다. 통신망의 제어가 간단하고, 구축 비용도 저렴한 편이지만, 중앙 노드(보통 스위칭 허브)에 트래픽이 몰리면 속도가 느려지고, 스위치가 다운되면 모든 통신망이 마비된다![7]
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
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
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. 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 가능해진다. 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.
유선망에서는 물리적인 통신선 설치비로 인해 메쉬형 네트워크 구현이 힘들지만 무선망에서는 통신선 없이도 구축이 가능하기 때문에 이것을 무선으로 구현하려는 시도(D2D, Device 2 Device)도 있다. 무선망에서는 버스형과 메시형을 구분하기가 어렵다. 한 주파수(채널)을 무형의 버스라고 하면 버스형 네트워크가 된다.
4.5. 버스 형
여러 단말기들이 물리적인 회선을 공유하는 방식이다.[9]
가장 단순한 버스는 버스에 들어온 모든 신호를 버스상의 모든 기기에 보내는 방식으로 사실상 멀티탭의 원리와 동일하다. 하지만 이러한 방식은 각각의 기기들이 자신의 데이터가 맞는지 확인하고 버리는 과정을 상시 진행하기 때문에 심각하게 비효율적이다. 그래서 PCI, USB, 썬더볼트, SATA 등의 경우 스위칭 기능이 있는 허브(USB 허브 등)라는 것을 사용한다. 만약 버스에 스위칭이 가능하다면 불필요한 데이터가 전송되는 시간에는 장치가 회선에서 분리될 수 있다.[10]
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 CSMACD라고 해서 공용으로 쓰는 버스에 데이터를 막무가내로 전송해 보고 충돌이 일어났으면 랜덤하게 기다린 후 다시 보내는 방식이다. 운빨에 맡기는 것이기에 옆 놈이 보낸 패킷과 또 다시 충돌 날 수도 있다. 그러면 다시 랜덤 대기 후 재전송한다. 충돌이 없을시까지 이를 반복. 문제는 전송량이 많으면 많을수록 빈번히 데이터 충돌이 발생해서 재전송이 많아지고 그만큼 심각한 속도 저하가 발생한다. 이더넷은 Tx와 Tr이 분리되었기 때문에 단순히 선을 병렬로 연결하는 것만으로는 버스 통신이 되지는 않지만 지금도 3대 정도까지는 무전원으로 연결이 가능한 패시브 더미허브를 만들 수는 있다.
더미 허브를 사용하는 구조에서는 배선 연결이라는 물리적 형태로는 별형 구조로 구성되지만, 더미 허브는 네트워크의 수신자 주소를 열어보지 않고 자기가 알고 있는 네트워크 전체로 패킷을 뿌려버리고, 목적지 주소가 맞는 노드(컴퓨터)는 알아서 패킷을 가져가고 나머지 노드는 수신한 패킷을 무시하는 방식이기에 논리적으로는 버스형과 동일하다.
현재의 이더넷은 이런 문제를 완전히 개선해서 더이상 데이터 충돌이 발생하지 않는 장비인 스위칭허브[11]를 사용하며 물리적/논리적으로 모두 별형 구조이다. 하지만, 랜카드에는 아직도 수신자 주소가 맞지 않는 패킷을 폐기하는 기능이 남아있긴 한데, 하위호환성 때문이다.[12]
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 초고속의 기준은 100 Gbps쯤은 되는 정말 미친 스피드. 그리고 지금은 200 Gbps, 400 Gbps 심지어 1 Tbps도 준비 중이라 한다.
차량에서 사용하는 CAN도 버스형 통신망이다.
컴퓨터 내부에도 시스템 버스가 있어서 램, CPU, PCI 등이 버스를 통해 데이터를 주고받는다.
'데이지 체인'이란 방식이 주로 버스형 네트워크를 사용한다. 데이지 체인은 선형처럼 보이지만 내부적으로 그냥 물리적으로 선이 연결되어 있거나 중간에 칩이 있어도 단순 스위치 혹은 중계기에 지나지 않는다. SCSI가 이 방식을 지원했으며 SAS, IEEE1394, 선더볼트 등도 버스 방식을 사용하고 있다.
4.6. 선 형
선형 네트워크는 이름 그대로 네트워크가 일렬로 구성된 경우다.중간의 장비는 2개의 연결 단자를 가져 앞/뒤의 장비에 연결되고, 양쪽 끝 장비는 한 반향으로만 연결된다.
기기의 배선이 외관상으로는 선형으로 보이더라도 내부적으로는 버스형인 경우가 많다. 선형은 연결된 기기가 양쪽으로 통하는 신호를 처리하면서 넘겨주는 방식이고, 버스형은 물리적인 회선을 여러 기기가 공유하는 방식이다.[13]
버스형 네트워크의 경우 모든 장치가 물리적인 선로를 공유하기 때문에 제어 방법에 있어서 선형 네트워크와는 큰 차이가 있다.
선형 네트워크는 과거 무전병과 상당히 유사하다. 과거 무전기 성능이 좋지 못했을 시기에는 신호가 산을 넘어 전달되기 어려웠기 때문에 군대가 산에서 행군하는 경우 선두 혹은 후미에서 보낸 신호가 대열의 반대편 끝으로 전달되기 어려웠다. 따라서 중간에 위치한 무전병에게 자신에게 온 내용을 받은 경우 중계하지 않으며, 자신의 앞 혹은 뒤로 전달해야 하는 내용을 받은 경우 그대로 재송신하도록 하여 무전의 내용을 대열의 끝까지 전달하는 방법이 있었다. 이러한 방식이 선형 네트워크의 동작방식과 매우 유사하다.
5. 참고 항목
[1] 실제 발음은 '넷워크'에 가깝게 들린다. IPA 표기는 /nɛtwɝk/.[2] 전화의 최초 발명에 대해서는 알렉산더 그레이엄 벨, 안토니오 무치 문서 참조.[3] Oral History of Robert KahnArchived July 7, 2010[4] EOS란 개념의, 모든 신호를 음성망 기반으로 통합.[5] 모든 신호를 IP망 기반으로 통합.[6] 다만 Wi-Fi는 일반적으로 근거리 통신망으로 취급한다.[7] 쉽게 생각해서 아파트 각 호, 통신단자함에 있는 네트워크 허브가 고장날 경우 해당 호의 인터넷은 물론, IPTV, IoT 장비들이 전부 안되는 것을 이해하면 쉽다.[8] 이 때문에 대한민국의 모든 통신이 오가는 관문국인 KT 혜화지사 내의 어느 통신장비 하나라도 대미지를 당한 그 순간부터 피해가 막심해지는 중요시설인지라 테러범들의 주된 타깃들 중 하나이고, 사변, 전쟁 중이거나 전쟁에 준하는 상황이 발생하더라도 무조건 사수해야만 하는 국가중요시설들 중에 국가중요시설 지정 및 방호 훈령 제7조 5항의 2에 의거하여 나급 정보통신시설로 지정되어 있어 KT플라자 혜화점을 제외한 나머지 시설 전체에 대한 경비가 굉장히 삼엄하다. 전국의 모든 통신 트래픽을 혜화국사나 구로국사가 아닌 KT가 운영 중인 다른 전화국사로 우회 할 방법이 없지 않겠느냐고 반문할 수도 있겠지만 국가 기간 통신망은 KT가 독점적으로 소유, 운영하고 있기 때문에 KT의 관문국들이 무력화되면 타 통신사나 기관들이 구축한 우회 노드는 아무런 의미가 없게 된다. 이러한 우회 노드들도 결국에는 물리적으로 관문국을 거칠 수 밖에 없기 때문이다. 특히, 물리적인 해외 노드는 만일의 사태를 대비한 백업용에 불과하여 용량이 되게 한정되어 있어 중요 우선 순위 별로 해외 노드 접근권이 부여되는 KT 구로지사를 제외하면 사실 상 KT 혜화지사 단 한 곳에만 구축되어 있기 때문에 혜화지사의 무력화는 해외와의 통신 단절을 초래하게 된다. 국내 관문국 시설은 총 6개가 있는데, 이 관문국 시설들이 아직까지도 전부 서울의 KT 지사들에 집중되어 있다. 또한, 해외 노드 관문국은 혜화 지사가 독점하고 있는 상황이다. 위험의 분산을 위해 이러한 관문 시설들의 분산이 필요하지만, 이러한 문제가 전혀 개선되지 않은 채 통신 인프라 자체가 고도화되었기 때문에 개선은 현재 상태에선 사실상 불가능한 상황이다.[9] 그래서 대중교통인 버스에서 이름을 따온 것이다. 물리적인 버스라는 교통수단은 공유하면서, 각각의 승객들은 원하는 곳에서 버스에 타고 원하는 곳에 도착했을 때 내리면 된다.[10] 스타 형태인 이더넷 스위칭허브 혹은 Wi-Fi AP 와의 차이점은 버스의 스위칭은 말 그대로 물리적인 로터리 스위치에 가깝고 회선 자체를 공유한다는 본질적인 특징은 달라지지 않는다.[11] 버스의 스위치와는 다른 개념이다. 이쪽은 우편 분류실이나 전화 교환수와 비슷하다고 할 수 있다.[12] 사실 하위호환성만을 위해서는 아니다. 브로드캐스팅으로 쏴보내는 WOL 같은 경우도 있고.[13] 비유를 한다면 선형 네트워크는 목적지까지 여러 교통수단을 환승하면서 이동하는 방식과 비슷하고, 버스형은 톨게이트들이 고속도로상에서 일렬로 연결되어 있는 것과 비슷하다.