네트워크 서비스 기술

형진·2022년 4월 21일

네트워크

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LAN, MAN, WAN 구조

네트워크 범위와 연결 방식에 따른 분류

LAN (Local Area Network)
- 근거리 통신망, 로컬 영역 네트워크, 구내 정보 통신망
- 비교적 좁은 구역에 분산된 컴퓨터, 단말기, 대용량 기억장치, 프린터, 플로터, 모니터, 제어기, 데이터베이스, 전자 메일 시스템 등과 접속용 게이트웨를 묶은 구내 네트워크를 말함
- 이더넷 시스템을 기초로 함
- 랜의 범위는 통상 1~10km의 규모로 하고 있음
- 랜의 종류
  - 버스형
    - 공유 버스 하나에 여러 호스트를 직접 연결 구조
    - 이더넷Ethernet : CSMA/CD방식을 사용하는 기술
    - 충돌이 발생하는 것을 허용하는 대신, 충돌 후에 문제를 해결하는 사후 해결 방식
  - 링형
    - 전송 호스트의 연결이 순환 구조인 링 형태
    - 전송한 데이터는 링을 한 바퀴 돌아 송신 호스트로 되돌아 옴
    - 토큰이라는 제어 프레임을 사용해 충돌 가능성을 차단함
  - 루프형
  - 스타형
- 통신에 적합한 지역(1~20km)에서만 제한적으로 사용 가능
- 데이터 전송속도(1~20Mbps)가 매우 빠른 통신매체로 구성하며, 비교적 오류 발생률이 낮음
  - 속도는 앞으로 더 개선될 예정
- 소규모 지역에 위치하는 호스트로 구성된 네트워크 시스템으로 전송방식은 브로드캐스팅 방식을 적용
- 가까운 거리에 있는 각종 기기들을 연결하여 빠른속도로 정보교환을 할 수 있도록 만든 통신망
- 호스트 컴퓨터를 중심으로 하는 랜
- OA 기기를 주체로 하는 랜
- 음성기기 접속을 주체로 하는 랜
- 감시제어기를 접속하는 랜
- 전송매체
  - 페어케이블, 동축 케이블, 광섬유 케이블 등을 사용함
    - 광섬유케이블의 경우는 데이터 뿐만 아니라 음성도 전송할 수 있음
  - 컴퓨터를 비롯한 주변 장치( 단말기, 프린터, 플로터 등) 와 전화기, 팩시밀리, TV 수상기 등 통신 기능이 있는 기기는 모두 연결할 수 있음
- LAN 하드웨어 구성
  - 컴퓨터(서버와 클라이언트)
  - 네트워크 인터페이스 카드(NIC)
  - 신호 변환 장치
  - 접속 케이블
  - 통신회선 등
- 동일한 LAN에 있는 노드끼리 서로 통신을 하려면 모든 노드상에서 프로토콜(TCP/IP, OSI 7) 측면에서 똑같은 통신 소프트웨어를 사용해야 함
- 일반적인 네트워크 운영체제(NOS)
  - Network Operation System
  - 통신 기능을 제공하는 운영체제
  - 일반 운영체제가 수행하는 기능 외 LAN에서 필요로 하는 다중 작업, 다중 사용자를 지원하는 구조로 되어 있음
- 서버 기능
  - 네트워크 중심에 위치하여 정보를 공유 및 저장하고 보안을 책임
- 클라이언트 기능
  - 서버의 자원을 공유하며, 서버를 이용하여 정보를 교환
  - 서버와 클라이언트는 분산처리 시스템으로 구성되어 전체 망의 성능을 최적화하기 위해 작업을 효율적으로 분배하여 처리
MAN (Metropolitan Area Network)
- 개념
  - 근거리통신망(LAN)과 원거리통신망(WAN)에 이은 새로운 개념으로 도시지역통신망을 말함
  - 특히, 100km 이내의 도시권을 연결하는 통신망으로 일정 지역단위의 LAN이 대도시권으로 확장된 개념으로 보는 것이 일반적 개념
  - MAN은 이더넷(컴퓨터 네트워크 기술의 하나로, 일반적으로 LAN, MAN 및 WAN에서 가장 많이 활용되는 기술 규격 즉, 동축 케이블을 데이터 전송 매체로 사용한 버스형 CSMA/CD방식 LAN의 상품명)이라는 핵심장비의 개발로 이미 기간망이 충분히 깔려 있는 대도시들을 하나의 권역으로 묶을 수 있게 되면서 새로운 데이터 전송 서비스로 각광 받고 있음
- 주요특징
  - LAN보다 큰 지역을 지원 (도시 규모)
  - DQDB(BUS회선이 2개) 구조 지원 : 두 개의 단방향 선로가 존재
  - 분산 데이터 큐를 유지
  - 충돌 문제를 해결하기 위해 슬롯 링 개념을 변형한 FIFO 기반의 공유 슬롯 방식을 사용
  - 두 버스를 이용하여 두 개의 단방향 선로가 존재하게 되고 이 전송 선로로 모든 호스트가 연결
  - ATM과 호환이 가능하도록 53바이트의 프레임을 지원
WAN (Wide Area Network)
- 정의
  - 매우 큰 네트워크를 지원하기 때문에 브로드캐스팅(로컬 랜상에 있는 모든 네트워크에게 데이터 보냄) 방식을 취하지 않고 점대점(P-P)의 환경을 지원
  - 따라서 교환 기능이 필요. 그 이유로는 모두에게 데이터를 보내는 것이 아니라 특정 호스트에게만 데이터를 보내야하기 때문
- 주요특징
  - 국가 이상의 넓은 지역을 지원하는 네트워크 구조
  - 점대점으로 연결된 WAN 환경은 전송과 더불어 교환 기능이 반드시 필요
  - 연결의 수가 증가할수록 전송 매체 비용이 많이 필요함
  - 둘 이상의 서로 다른 네트워크를 연결하는 기능

인터네트워킹 기술

인터네트워킹 주요 장비 ( 데이터를 보낼때 원하는 목적지를 찾아갈수 있는 역할 )
- 리피터, 허브: L1장비
- 브리지: L2장비
- 스위치: L2, L3, L4장비
- 라우터: L4장비
라우터(router)
- LAN을 연결해 정보를 주고받을 때 송신정보(패킷)에 담긴 수신처의 주소를 읽고 가장 적절한 통신 통로를 찾아서 전송하는 장치.
- 경로 배정 기능을 수행
- 네트워크를 연결하는 장비
- 일반적으로 계층 3 기능을 수행
게이트웨이
- 광의적 의미
  - 2개 이상의 다른 종류 또는 같은 종류의 통신망을 상호 접속하여 통신망간 정보를 주고받을 수 있게 하는 기능 단위 또는 장치
  - 통신망
    - 구내 정보 통신망(LAN), 공중 데이터망(PDN), 공중 교환 전화망(PSTN) 등
- 협의적 의미
  - 개방형 시스템간 상호 접속(OSI) 참조 모델의 각층에서 프로토콜이 달라서 호환성이 없는 복수의 통신망을 상호 접속하여 프로토콜의 변환을 행하는 기능 단위 또는 장치
  - 통신 프로토콜이 같거나 유사한 통신망을 상호 접속하여 정보를 주고받는 브리지(bridge)와는 달리 게이트웨이는 프로토콜이 다른 복수의 통신망간에 프로토콜을 변환하여 정보를 주고받음
리피터 (신호 증폭)
- 계층 1 기능을 지원
- 개방형 시스템(OSI) 참조 모델의 제1계층인 물리 계층(physical layer)의 기능을 수행
- 단순히 전송 매체의 물리적인 길이를 확장하는 장비
브리지
- 계층 2 기능을 지원
- 데이터 링크 계층에 있는 여러 개의 네트워크 세그먼트를 연결함
- 브리지에 연결되는 LAN 종류만큼 MAC/물리 계층을 처리해야 함
라우팅 테이블Routing Table
- 개념
  - 컴퓨터 네트워크에서 목적지 주소를 목적지에 도달하기 위한 네트워크 노선으로 변환시키는 목적으로 사용된다
  - 라우팅 프로토콜의 가장 중요한 목적이 바로 이러한 라우팅 테이블의 구성
  - LAN이 동작하면서 자동으로 생성
트랜스페런트 브리지
- 공유 버스에서 구현되는 CSMA/CD 방식과 토큰 버스 방식에서 사용
- 간편하지만, 효율적이지 못함
소스 라우팅 브리지Source Routing Bridge
- 송신 컴퓨터가 어떤 브리지를 경유하여 프레임을 보낼 것인지를 결정한 후 프레임의 RIF(Routing Information Field)헤더에 기록
- 링 구조의 네트워크에서 사용
- 송신자가 전송 프레임 내에 경로 정보를 제공
- 브리지는 프레임 내의 경로 정보를 이용하여 중개
소스라우팅, 스패닝, VLAN 사용목적 (효율적인 네트워크)
- 기본개념
  - 브리지 네트워크(로컬 LAN)상에 루프발생 =>무한이 돌기만 하는 프레임의 증가로 다운될 수 있음 =>브리지로 루프발생을 풀어줄 수 있음
스패닝 트리
- 루트(root) 브리지를 정한 후 트리 구조를 만들어 루프 처리
- 동작원리
  - 각 브리지는 1~10초 간격으로 BPDU(Bridge Protocol Data Unit) 패킷을 교환
  - 통신에 사용하지 않는 포트를 결정하여 장애가 발생하면 자동으로 사용하지 않는 포트로 통신을 우회시킴
  - 컴퓨터나 라우팅 기능과 상관없이 브리지 기능으로 루프를 해소할 수 있음
소스라우팅
- 송신 컴퓨터가 어떤 브리지를 경유하여 프레임을 보낼 것인지를 결정한 후 프레임의 RIF(Routing Information Field)헤더에 기록
- 송신 컴퓨터 자체가 소스 라우팅 기능을 갖고 있어야 한다.
VLAN(Virtual LAN) ( 보안 확실 )
- VLAN기능을 지원하는 브리지/L2 스위치에 스위치 포트별로 세그먼트를 나눔
- 브로드캐스트 도메인 영역을 정할 수 있고 네트워크의 부하를 줄이고 보안을 향상시킴
스위치
- 브리지와 마찬가지로 데이터링크 계층에서도 동작
- 충돌 도메인을 나눠주는 역할을 수행
- 브리지에 비해 데이터 처리 속도가 빠름
  - 브리지는 충돌 도메인에 연결되는 포트들이 같은 속도만 지원
  - 스위치는 서로 다른 속도를 지원하는 네트워크 연결 가능
- 브리지에 비해 지원하는 포트의 수가 많음
  - 스위치는 데이터링크 계층에서만 동작하는 것은 아님
- 스위치에 라우팅 기능을 추가하여 네트워크 계층에서 동작하는 스위치도 있음
- 이러한 스위치들은 L2, L3, L4, L7 스위치 등으로 구분하며 동작하는 계층에 따라 여러 가지 형태가 존재

IP 인터네트워킹

인터넷에서 네트워크를 연결하는 방식

패킷 중개 기능은 IP 프로토콜이 수행
양쪽 MAC 계층이 다르면 패킷 변환 기능이 필요(즉, 프로토콜이 다름)
필요시 패킷 분할과 병합 과정도 수행

인터넷 라우팅

고정 경로 배정Fixed Routing
- 송수신 호스트 사이에 영구불변의 고정 경로를 배정
- 장점
  - 간단하지만 효율적인 라우팅이 가능
- 단점
  - 트래픽 변화에 따른 동적 경로 배정이 불가능
- 가정
  - R3, R7 선로는 고속 통신 지원
  - Net.2가 Net.4보다 덜 붐빔
적응 경로 배정Adaptive Routing
- 인터넷 연결 상태가 변하면 이를 전달 경로 배정에 반영
- 특정 네트워크나 라우터가 비정상적으로 동작하는 경우
- 네트워크의 특정 위치에서 혼잡이 발생하는 경우
  - 단점
    - 경로 결정 과정에서 라우터의 부담이 증가
    - 라우터 사이의 시간적인 정보의 불일치성 문제가 항상 존재
자율 시스템Autonomous System
- 동일한 라우팅 특성으로 동작하는 논리적인 단일 구성체로서 2가지 요소 사용
  - 내부 라우팅 프로토콜 : 자율 시스템 내부에서 사용
  - 외부 라우팅 프로토콜 : 자율 시스템간에 사용 (게이트웨이끼리)

QoSQuality of Service

개념
- 인터넷이나 네트워크상에서 전송률 및 에러율과 관련된 서비스 품질을 가리키는 용어로 일반적으로 사용
- 높은 대역의 비디오 및 멀티미디어 정보를 신뢰성 있게 전송해야 하는 경우 더욱 중요함
주요특징
- 연결 설정 지연(Connection Establishment Delay)
- 연결 설정 실패 확률(Connection Establishment Failure Probability)
- 전송률(Throughput)
- 전송 지연(Transit Delay)
- 전송 오류율(Residual Error Rate)
- 우선순위(Priority)

인터넷에서의 QoS

개념
- QoS(Quality of Service)는 다른 응용 프로그램, 사용자, 데이터 흐름 등에 우선순위를 정하여, 데이터 전송에 특정 수준의 성능을 보장하기 위한 능력을 발함
- 인터넷이나 네트워크상에서 전송률 및 에러율과 관련된 서비스 품질을 가리키는 용어
- 특히 높은 대역의 비디오 및 멀티미디어 정보를 신뢰성 있게 전송해야 하는 경우 더욱 중요함
기술동향
- 네트워크 업체들은 최근 네트워크 트래픽 분석은 물론 우선순위에 따라 트래픽 사용량 및 속도까지 제어할 수 있는 QoS 기능을 갖춘 네트워크 관리서비스 개발
  - 예) Best effort service기술
QoS 제공 방법
- 서버(서비스를 제공하는 컴퓨터)와 클라이언트(서비스를 이용하는 컴퓨터나 사용자) 자체적으로는 연결된 인터넷 연결의 서비스 정도를 달리할 방법이 없다
  그러므로 인터넷을 이루는 접속 라우터(Access Router)나 백본 라우터(Backbone router)에서 주된 차등 서비스가 이루어짐