네트워크의 구성요소

네트워크의 구성

• 공유기 -> ISP(인터넷 서비스 제공업체 ex. SKT, KT, U+ 등)
• 단말기를 통해 공유기로 접속
• 왼쪽 영역을 LAN, 오른쪽 영역을 WAN 구간이라고 함

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네크워크 구성 요소

• 단말기(노트북, 컴퓨터)와 네트워크 서비스를 제공하는 프로그램
• 접속 장치(스위치, 라우터, 허브)
  • L2 스위치: 한 네트워크 내부에서 데이터 전송을 수행하는 장치로 네트워크 입구 - 데이터 링크 계층(MAC 주소)
    • 허브: 연결된 단말기 수만큼 속도가 1/N된다는 문제로 스위치가 등장
    • 여러 개의 단말기에서 동시에 데이터를 전송할 때 충돌이 발생
    • Collision Domain: 충돌이 발생할 수 있는 범위
    • Broadcast Domain: 한 단말기에서 네트워크 내의 모든 단말기와 통신하고자 할 때 도달할 수 있는 범위(=LAN). (라우터의 인터페이스 개수와 동일. 라우터 2개가 서로 연결되어 있을 때 중복해서 세지 않음)
  • 라우터: 서로 다른 네트워크(LAN)를 구분 짓고 연결하는 장치, 인터페이스의 IP 주소를 게이트웨이라고 함
    • 기술적인 의미의 네트워크는 라우터에 의해 구분되는 범위

로컬 네트워크 (LAN)

WAN: 라우터의 인터페이스가 2개이므로 2개의 네트워크(LAN, Broadcast)가 존재

• 전송 매체(케이블, 공유기)
  • 단말기와 네트워크 접속 장치는 전송 매체에 의해 서로 연결
  • 유선 전송 매체: 케이블(UTP)
  • 무선 전송 매체: 전파(wifi)
  • 네트워크에서 데이터를 송신할 때는 디지털 데이터가 물리적 신호로 변환됨

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네트워크 형태

1. 근거리 네트워크(LAN, 로컬 네트워크)

• 범위가 건물 안이나 특정 지역인 네트워크
• 각 LAN은 특정한 프로토콜로 운용됨 : 이더넷

2. 광역 네트워크(WAN)

• 두 개 이상의 근거리 네트워크를 넓은 지역에 걸쳐 연결하는 것
• 라우터로 연결

3. 인트라넷(Intranet)

• 인터넷에서 사용하는 회선을 이용해 구축하는 사설 네트워크
• 전용 회선으로 연결하는 경우: 비용이 비쌈
• 인터넷 사용: 저렴한 비용으로 사설 네트워크 구축, 보안 문제 발생 -> VPN 사용

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네트워크 접속 장치

 

통신망 구성에서 가장 기본이 되는 하드웨어: 라우터, 스위치, 단말기(NIC를 사용해 네트워크에 연결) 등

 

1. LAN 카드(NIC)

• 네트워크에 연결하는 물리적 장치에는 반드시 하나 이상의 LAN 카드가 있어야 함
• MAC 주소: LAN 카드에 할당된 48비트의 물리적 주소. 고유의 식별 코드.
  • 사용자의 컴퓨터와 물리적 네트워크 사이의 인터페이스 역할을 함
  • 앞의 24비트: LAN 칩셋 제조사를 의미하는 고유 코드
  • 뒤의 24비트: LAN 카드 고유 번호
• LAN 카드에 이상이 생기면 인터넷 연결이 끊김 - ping 127.0.0.1 (또는 localhost) 명령어로 상태 점검 가능

2. 허브

• 여러 개의 입력 및 출력 포트가 있는 특수한 형태의 네트워크 장치
• 여려 대의 컴퓨터를 연결할 때 사용
• 스위치보다 느리지만 가장 간단하고 저렴
• 더미 허브
  • 네트워크 전체 대역폭을 노드 수만큼 분할하기 때문에 네트워크 속도가 떨어짐
  • 소규모 네트워크를 구축하는 데 사용
• 스위칭 허브
  • 전체 대역폭을 노드 수만큼 나눠서 사용하는 문제점을 해결
  • 스위칭: 수신 측 MAC 주소를 읽어 그 주소의 단말기로만 데이터를 보내는 기능
  • MAC 주소와 포트번호를 저장하며 휘발성임
  • 반면에 더미 허브는 받은 데이터를 접속된 모든 단말기에 전송
• 스태커블 허브
• 인텔리전트 허브

3. 스위치

• 보편적으로 100Mbps 대역폭을 제공하며 1G 또는 10G 대역폭 제공

4. 브리지

• 특정 네트워크 트래픽만 통과시킬 수 있도록 설계된 특수한 형태의 네트워크 스위치
• 근거리 통신망에서 노드 수가 늘어나면 충돌 발생 확률이 높고 속도도 떨어짐
• 전체 네트워크 트래픽을 줄이기 위해 네트워크를 세그먼트 단위로 분할한다는 점이 스위치와 다름

5. 게이트웨이

• 종류가 다른 두 개 이상의 네트워크를 정보를 주고받을 수 있는 장치
• 접속할 수 있는 통신망에는 근거리 통신망(LAN), 공중 데이터망(PDN), 공중전화 교환망(PSDN) 등
• 브리지와 달리 서로 다른 프로토콜을 변환하여 정보를 주고받을 수 있음

6. 중계기(Repeater)

• 네트워크 전송 거리를 연장하려고 사용하는 장치
• 네트워크에서 신호를 수신하여 증폭한 후 다음 구간으로 재전송하는 역할
  • UTP 케이블은 보통 100m정도까지만 가능
  • 광섬유 케이블도 수 km에서 수백 km로 전송 거리가 제한적

7. 라우터

• 라우터의 특징
  • 오류 패킷의 폐기 기능과 혼잡 제어 기능
  • 논리 주소(3계층, IP 주소)에 따라 네트워크 트래픽의 방향을 지정
  • 둘 이상의 네트워크를 연결하는 데 사용
  • 웹 페이지 요청을 수신지로 전송하는 데 결정적인 역할을 함
• AP: 무선 LAN 카드로 서로 간의 네트워크를 연결하는 장치. 허브나 스위치, 유선 라우터에 연결되어 무선 신호를 전송

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네트워크 접속형태

네트워크 토폴로지: 네트워크의 구성

 

1. 성형

• 가장 일반적인 네트워크 구성 형태
• 허브가 중앙에 위치하여 다른 모든 노드를 연결
• 장점
  • 단말기를 추가할 때 중앙의 네트워크 장치하고만 연결하므로 확장이 용이
  • 설치비용이 저렴
  • 링크 하나가 끊어져도 다른 링크들은 영향을 받지 않음(안전성)
• 단점
  • 중앙에 있는 전송제어장치에 장애가 있으면 네트워크 전체가 동작할 수 없음 -> 스위치 이중화

 

 

2. 버스형

• 모든 네트워크 노드가 일자형 케이블(버스)에 연결되어 있는 장치
• 케이블의 시작과 끝에는 터미네이터라는 장치를 붙여서 신호가 케이블로 되돌아오는 것을 막음
• 장점
  • 설치 간단
  • 케이블 비용이 적게 듦
  • 장비를 추가하기 쉬움
• 단점
  • 중앙 케이블이 고장나면 네트워크 전체가 동작하지 않음
  • 케이블 거리가 먹어지면 시호가 약해져 중계기를 사용해야 함
  • 한 노드에서 데이터를 전송할 때 다른 노드에서 전송 중이면 충돌이 발생

 

3. 트리형

• 성형의 변형으로 트리 형태의 노드에 전송제어장치를 두어 노드를 연결
• 계층적인 네트워크에 적합
•  장점
  • 네트워크 확장이 쉬움
• 단점
  • 병목현상이 발생할 수 있고 중앙제어장치가 다운되면 전체 네트워크에 장애가 발생

 

4. 링형

• 노드가 링에 순차적으로 연결된 형태
• 단순 링형(단방향)과 이중 링형(양방향)이 있음
• 장점
  • 구조가 단순하고 설치와 재구성이 쉬움
  • 성형보다 케이블 비용을 줄임
• 단점
  • 새로운 장비를 연결하기 복잡
  • 단순 링형에서는 링에 한 장치가 사용 불가능해지면 전체 네트워크를 사용할 수 없음

 

5. 그물형

• 가장 이상적이지만 현실적으로 구현하기 어려움 -> 차선책으로 성형 사용
• 장점
  • 한 링크가 고장나더라도 전체 시스템에는 큰 문제가 발새하지 않음(안정적)
  • 원하는 수신자만 받을 수 있어 비밀 유지와 보안에 유리
• 단점
  • 설치와 재구성이 어려움
  • 비용이 많이 들어감

 

6. 혼합형

• 노드 수가 큰 실제 네트워크에서는 효율을 높이고 결함 허용 능력을 증대시키기 위해 혼합형 접속 형태를 사용

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네트워크 전송매체

1. 유선 전송 매체(유도매체)

동축 케이블(Coaxial Cable)

• 전기적 간섭에 영향을 받지 않음
• 속도 빠름
• 꼬임선보다 주파수가 높고 데이터 전송이 빠르다
• 주로 유선 방송, CATV, 근거리 통신망 등에 사용

 

꼬임선(Twisted Pair): 이중 나선 케이블

• 구리선을 꼬는 이유: 전기적 간섭을 최소화하기 위해서
• 비용이 저렴해 많이 사용
• UTP
  • 이더넷 환경에서 사용
  • 데이터 보호망이 없어 가격이 저렴하고 제작이 쉬움 -> 90% 이상 점유
  • 최대 100Mbps 속도로 데이터를 전송

 

광섬유 케이블(Optical Fiber Cable)

• 머리카락보다 가늘어 휘어지는 전송매체
• 빛을 이용하여 데이터를 전송

 

 

 

2. 무선 전송 매체(비유도매체)

• 전자파를 매개체로 데이터를 전송
• 전자파는 주파수 범위에 따라 특성이 달라 적합한 주파수 범위를 사용해야 함

 

라디오파(Radio Wave)

• 빛의 속도로 데이터를 전송, 진공 상태나 대기를 통과
• 방향성이 없음
• AM(진폭 변조): 신호의 강약을 조절하여 데이터를 보냄 - 750kHz 정도의 주파수, 파장 약 400m
• FM(주파수 변조): 주파수를 변조하여 데이터를 보냄 - 100MHz 정도의 주파수, 파장 약 3m

 

마이크로파(Microwave)

• 주파수가 매우 높은 전파
• 300MHz ~ 300GHz의 무선 주파수 대역을 포함 (실제로 1~40GHz)
• 유선 전송매체 설치가 힘든 지역에 파라볼라 안테나를 설치하여 전파를 전송