[개념 설명] 네트워크에 대하여

안녕하세요. 바른호랑이입니다.
이번 게시글에서는 네트워크에 대해 알아볼 예정입니다.
이제는 우리의 일상에서 빼놓을 수 없는 것이 된 네트워크는 그물을 뜻하는 net과 work의 합성어로, 그물을 짜는 행위를 가리키는 명사에서 임의의 연결망을 지칭하는 용어로 그 범위가 확장된 단어입니다. 여러 개체가 연결되어 정보를 주고받는 경로인 통신망을 지칭하는 용어로 주로 쓰이고 있으며 비트코인, 이더리움과 같은 암호화폐 블록체인 네트워크를 말할때 사용하기도 합니다. 그렇다면 네트워킹의 정확한 의미는 무엇일까요? 네트워킹은 2개 이상의 개체들을 연결하는 것으로, 단순히 연결의 의미만을 가지는 것이 아니라 연결된 개체들끼리 정보를 주고받으며 공유할 수 있어야 합니다. 
사실 우리가 흔히 컴퓨터를 지칭하는 용어로 사용하는 PC의 정식 명칭은 Personal Computer로 개인용 컴퓨터를 지칭합니다. 하지만 PC가 보급되고 상용화되기 시작한 것은 1970년대부터였고, 그 이전까지 컴퓨터는 매우 고가의 장비였습니다. 그렇기에 일반 사람들은 사용하는 것이 어려웠고, IBM과 같은 거대 기업들정도나 되어야 사용이 가능한 장비였습니다. 고가의 장비이다보니 소수의 사람들만 사용하는 것이 비효율적이라 생각한 사람들은 현재의 단말기와 비슷한 터미널 여러대를 컴퓨터에 붙여서 사용했고, 이러한 것이 이어져서 지금의 네트워킹으로 이어지게 되었다고 합니다. 간단하게 네트워킹을 정의하면 개체들간의 의사소통을 가능하도록 묶어주는 것이라고 할 수 있습니다. 컴퓨터 과학에서 개체들은 컴퓨터와 같은 통신장비들을 의미하며, 이들을 묶어주는데 사용되는 것이 바로 인터넷, 인트라넷, 엑스트라넷입니다. 
인터넷이란 1973년 TCP/IP(지금은 간단하게 규칙정도로만 이해하시면 됩니다.)를 정립한 빈튼 서프와 밥 간이 최초로 언급한 International Network에 어원을 두고 있는 단어로 여러개의 네트워크를 묶었다는 의미를 가지고 있습니다. 네트워크가 탄생한 이후 각각의 회사나 단체에서는 조직 내에서 정보를 공유하고자 만든 네트워크들을 더 많은 사람들과 넓게 공유하기 위해 서로 연결하기 시작했으며, 이러한 것이 이어져 지금의 인터넷이 되었습니다. 현재 우리가 주로 쓰는 사이트 주소를 보게 되면 보통 앞에 www가 붙어있는데 이는 World Wide Web의 약자로 거미줄처럼 인터넷이 서로 연결되어 있다는 것을 나타냅니다. 이와 같은 인터넷은 몇가지 특징을 가지고 있는데, 이는 아래와 같습니다.

 

[인터넷의 특징]

1. TCP / IP라는 하나의 프로토콜만 사용

2. Edge, Chrome과 같은 웹 브라우저를 이용하여 인터넷을 탐색가능

3. 다양한 정보들을 손쉽게 구할 수 있음

 

네트워크에는 위와 같은 인터넷을 제외하고도 인트라넷, 엑스트라넷등이 존재하는데, 인트라넷은 내부를 뜻하는 Intra와 network의 합성어로 TCP/IP를 준수하고 웹 브라우저를 통해 접속이 가능하지만 외부 인터넷 망에서는 접근이 불가능한 사내 네트워크이며, 보안과 내부 조직운영을 위해 주로 사용합니다. 엑스트라넷은 거기서 조금 더 나아가 해당 회사뿐만이 아니라 협력회사나 고객이 사용할 수 있게 확장시킨 네트워크라고 생각하시면 될 것 같습니다. 이와 같은 네트워크는 범위에 따라 LAN, MAN, WAN으로 분류합니다.

1. LAN(Local Area Network)

: 용어에서도 알 수 있듯이 가장 범위가 좁은 지역의 네트워크를 의미하며 근거리 통신망을 지칭할때 주로 사용합니다. 1970년대 초반 제록스 사의 PARC에서 개발되었으며, 집이나 사무실과 같은 제한된 지역에서 여러대의 장치들을 연결하기 위하여 최적화되고 신뢰성있는 고속 통신을 제공하는 네트워크를 지칭합니다. 1977년 12월 뉴욕 체이스 맨해튼 은행에 첫 상업용 설비가 설치되었으며, 기기들을 고속 전송 매체들을 통해 연결하기 때문에 다양한 데이터들의 고속전송이 가능합니다. 확장이나 재배치가 쉽고 통합성 및 신뢰성이 높다는 특징을 가지며, 거리는 보통 10m ~ 수 km이내입니다.

2. MAN(Metropolitan Area Network)
: 도시권 통신망을 지칭하는 용어로 근거리 통신망(LAN)과 광역 통신망(WAN)의 중간 정도의 지역을 포함하는 정보 통신망을 지칭할 때 사용합니다. LAN이 1개의 기업의 구내 또는 1개의 빌딩 정도를 연결한다고 하면 MAN은 도시의 한 구역 또는 하나의 도시를 대상으로 서비스한다고 생각하시면 되고, 거리는 보통 수십 ~ 수백 km정도 입니다.

3. WAN(Wide Area Network)
: 광역 통신망을 지칭하는 용어로 가장 넓은 거리를 포괄하는 네트워크이며, LAN과 LAN을 연결한 형태로 이루어진 네트워크입니다. 1970년대 이후, X.25라는 기술표준을 이용해 다양한 WAN이 만들어지기 시작했으며, ATM, 신용카드 거래 시스템과 같은 온라인 정보서비스를 지원하는데 사용되면서 그 역사가 시작되었습니다. 상대적으로 속도가 느리고 구조가 복잡하며 비용이 비싸지만 일반적으로 전문업체가 관리하기에 관리가 용이하고 광범위한 서비스를 제공가능하다는 특징을 가지고 있으며, 거리는 수백 km 이상입니다. 

 

위와 같은네트워크를 만드는 네트워킹 방식은 이더넷, 토큰링, FDDI등 여러 방식들이 존재합니다. 그외의 나머지 부분들은 거의 쓰이지 않는다고 생각하셔도 좋으니 해당 3개의 방식에 대해서 설명드리려고 합니다.

 

1. 이더넷(Ethernet)
: 빛의 매질로 여겨진 에테르(Ether)에서 유래된 단어이며, OSI 모델의 물리계층에서는 신호와 배선을, 데이터 링크 계층에서는 MAC패킷과 프로토콜 형식을 정의합니다. 이더넷의 가장 큰 특징은 CSMA(Carrier Sense Multiple Access)방식을 사용한다는 것인데, 통신이 없을때까지 대기하다가 통신이 없을 경우 데이터를 보내고 도중에 충돌이 발생하면 다시 데이터를 보내는 방식으로 통신을 합니다. 충돌은 여러번 발생할 수 있기에 아예 데이터를 보내지 못하는 상황이 발생할 수 있는데 이를 방지하기위해 이더넷은 CSMA/CD방식과 CSMA/CA방식을 사용합니다.
CSMA/CD(Carrier Sense Multiple Access / Collision Detection)방식은 주로 유선 네트워크 환경에서 사용되며, 유선 네트워크의 경우 충돌 감지가 가능하기 때문에 해당 방식을 이용할 수 있습니다. 간단하게 설명드리면, 충돌 발생시 재충돌 방지를 위해 랜덤한 시간동안 대기하다가 전송을 다시 시도하는 방식이라고 이해하시면 됩니다.
CSMA/CA(Carrier Sense Multiple Access / Collision Aviodance)방식은 주로 무선 네트워크 환경에서 사용되며, 무선 네트워크의 경우 충돌 감지가 어렵기 때문에 해당 방식을 이용합니다. CSMA/CA는 노드가 신호를 전송하는 동시에 신호를 수신함으로써 충돌여부를 확인하고 통신을 진행하는 방식이라고 이해하시면 됩니다.

 

2. 토큰링 방식(Token Ring)

: 토큰링(Token Ring)방식은 OSI 모델의 데이터 링크 계층에서 쓰이는 근거리 통신망 프로토콜로, 1980년도 초반 IBM 사에 의해 개발되었고, IEEE 802.5로 표준화되었습니다. 1990년대 초반 이더넷의 발전으로 인해 거의 쓰이지 않게 되었으며, 만석인 식당에서 예약표를 나눠주는 것처럼 컴퓨터들에게 토큰을 나눠주고 토큰이 있는 컴퓨터만 통신이 가능하게하는 방식이라고 생각하시면 됩니다. 1985년에는 전송속도가 4Mbps정도였지만 1989년 IBM이 16Mbps의 제품을 개발하고 IEEE 802.5 기준도 이를 지원함으로써 전송속도가 개선되었다고 합니다. 토큰링 네트워크는 하나의 링에 이어져 형성되며, 데이터가 항상 한 방향만으로 흐르는 것이 특징입니다. 처음에는 이더넷보다 빠르고 안정적인 기술로 인기를 끌었으나 이후 이더넷이 발전함에 따라 지금은 거의 쓰이지 않게 되었습니다.

 

3. FDDI(Fiber Distributed Digital Interface)
: FDDI는 이더넷과 토큰링에 이어서 나온 고속 근거리망의 표준으로 주로 기간망에 사용되었습니다. 1986년에 최초로 제안되었으며 망 구조는 토큰링 네트워크로 구성되는 것이 특징입니다. 이때 1개의 토큰링만 사용하는 것이 아닌 기본링(primary ring)과 보조링(secondary ring)이라는 2개의 토큰링을 사용하며 해당 토큰링들은 서로 반대방향으로 동작하는 것이 특징입니다. 정상 상태에서는 기본링을 가지고 데이터 전송이 이루어지며 보조링은 문제 발생시 투입하는 백업용으로 사용되게 됩니다. 보통 광케이블을 사용하여 네트워크를 구성하기 때문에 안정성이 높고 내구성이 좋으며, 전송속도가 100Mbps정도로 상대적으로 빠른 것이 장점이지만 설치 및 유지보수가 어렵다는 단점을 가지고 있습니다.

 

네트워크에서 통신을 하는 방식들은 유니캐스트, 멀티캐스트, 브로드캐스트가 있으며, 통신을 1대1로 하는지, 특정 그룹을 대상으로 하는지, 전부를 대상으로 하는지에 따라 통신방식을 구분합니다. 보다 자세한 설명은 아래 설명글을 참조해주시기 바랍니다.

1. 유니캐스트(Unicast)
: 네트워크 상에서 가장 많이 사용되는 트래픽으로, 1대 1로 통신을 하는 방식을 지칭합니다. A의 맥 어드레스(00-60-80-AA-BB-CC)이고, B의 맥 어드레스(00-60-80-DD-EE-FF)일때, 출발지를 A의 맥 어드레스로, 목적지를 B의 맥 어드레스로 입력하여 통신하는 방식이며, 정확하게 받는 PC의 주소를 프레임안에 넣어야 하며, PC는 하나여야 하고, 우편을 보내는 방식과 동일합니다. 특정 PC가 유니캐스트 프레임을 뿌리면, 네트워크 상의 모든 PC들이 프레임을 받아서 랜카드로 자신의 맥 어드레스와 비교한 후, 일치할 때에만 받아들이기 때문에 PC성능저하가 발생하지 않습니다.

2. 멀티캐스트(Multicast)
: 다수의 사용자가 있는 네트워크에서 특정 사용자들에게만 정보를 보내야하는 상황일때 사용가능한 방법으로, 통신을 보내고자하는 그룹 멤버들에게만 한번에 보내는 방법으로  라우터나 스위치가 멀티캐스트를 지원해줘야 사용 가능합니다.

3. 브로드캐스트(Broadcast)
: 로컬 랜 상에 있는 모든 네트워크 장비들에게 통신을 보내는 방식이며,  특정한 네트워크 장비 하나가 통신의 대상이 아니라 네트워크 상의 모든 장비들에게 통신할때 쓰기위한 방식입니다. 학교의 교내방송 또는 회사의 사내방송과 동일하다고 생각하면 되며, 네트워크 상의 장비들은 무조건 해당 통신을 수신하게되는 것이 특징입니다.
장비의 맥 어드레스와 브로드 캐스트의 주소가 일치하지 않아도 해당 장비는 CPU로 해당 브로드캐스트 패킷을 보내며, CPU가 이후 알아서 패킷을 처리하며, 네트워크상의 전체 노드로 전송되기 때문에 전체적인 트래픽도 증가하지만, 패킷을 받은 모든 랜카드가 CPU로 해당 패킷을 전송하여 처리하기 때문에 네트워크의 성능과 장비의 성능이 모두 저하되게 됩니다.
처음 여러개의 PC가 통신을 하는 경우 상대편의 IP 주소는 알아도 맥 어드레스를 모르기 때문에 ARP(Address Resolution Protocol)를 사용하여 맥 어드레스를 알아내게 되는데, ARP가 바로 브로드 캐스트라고 할 수 있으며, 특정 IP주소를 가진 PC가 누구인지 묻는 브로드캐스트를 보내고 해당 IP주소를 가진 개체가 응답 후 자신의 맥 어드레스를 송신하는 과정이 ARP라고 이해하시면 되겠습니다. 그외에도 라우터끼리의 정보교환 또는 서버들이 제공하는 서비스를 모든 클라이언트들에게 알릴 때 브로드캐스트를 사용하며, 양이 많아지면 문제가 발생할 수 있습니다.

 

이상으로 네트워크에 대한 개념을 알아보았습니다. 네트워크는 컴퓨터 과학을 공부하려는 분들에게는 기본이 되는 부분이라 생각하며, 해당 분야에 관심이 있으신 분들은 좀 더 공부해보시는 것도 좋을 것 같습니다.

 

P.S 더 나은 개발자가 되기위해 공부중입니다. 잘못된 부분을 댓글로 남겨주시면 학습하는데 큰 도움이 될 거 같습니다.