네트워크란 무엇인가?
네트워크는 Net + Work 의 합성어로써 컴퓨터들이 통신 기술을 이용하여 그물망처럼 연결된 통신 이용 형태를 의미한다. "두 대 이상의 컴퓨터들을 연결하고 서로 통신(이야기)할 수 있는 것"
네트워크의 내부구조
네트워크는 내부적으로 계층적 구조(Layered Architecture)를 가지고 있다.
네트워크의 역사
기본적으로 네트워크가 가능하기 위해선 통신이 가능해야한다. 통신은 네트워크를 구성하기 위한 필요조건이다.
컴퓨터가 존재하지 않던 시절부터 통신에 대한 요구는 계속해서 존재했다. 가장 아날로그적인 통신 수단을 떠올린다면
우편(편지)를 생각할 수 있을 것이다. 하지만 이는 전달되는데 시간이 오래걸리기 때문에 긴급상황에서는 무용지물이다.
그 다음 통신 수단으로 사용된 것이 봉화이다.(역사 시간 아님) 이것을 최초의 전자기 신호를 이용한 통신 시스템이라고 생각할 수 있을 것이다.(빛을 이용해 시각적인 효과로 전달)
봉화는 광통신, 디지털 시스템(이산적인 개수로 봉화가 올라가기 때문에)이라고도 할 수 있다. 디지털 시스템과 같은 이산적인 신호는 의미가 명확하기 때문에 중간에 정보의 손실이 적다.(디지털 tv가 아날로그 tv보다 정보의 손실이 적음)
하지만 이또한 중간에서 봉화를 발견하지 못한다면 네트워크가 끊어지므로 시스템이 지연(정보가 늦게 전달)되는 문제가 있다.
이 봉화에 자동화의 개념과 현대의 전자기적 시스템이 통합된 것이 전보이다.(1846년)
모스 신호가 있던 시절부터 사용된 유서 깊은 통신 수단이다. (EX : SOS는 모스부호로 "...___...") 참고로 모스는 공학자가 아니라 예술가(??)이다.
전보 이후의 통신 시스템은 전화이다.(1876년) 네트워크라는 현대적 통신개념이 전화에서 처음으로 등장하게 된다.
전보는 Data Network, Digital Network이고 전화는 Voice Network, Analog Network이다. 기본적으로 아날로그 신호는 네트워크를 거쳐갈 때마다 노이즈가 생기고 정보의 손실이 생긴다. 현재는 거의 모든 것들이 디지털로 표현되고 있다.
그 이유는 데이터의 효율성, 가공성 때문(압축이 가능하고 데이터를 가공할 수 있음)
전화로 통신 수단이 변화하면서 생긴 특징 중 하나는 사용자의 폭발적인 증가이다.
처음 전화가 도입되었을 당시에는 중간에 전화 교환소를 두고 교환소에서 전화를 어디로 연결해주는 수동 교환 시스템이었지만 사용자의 폭발적인 증가로 인해 자동 교환 시스템이 도입되기 시작한다. 전화의 발달이 컴퓨터 시스템에도 막대한 영향을 끼쳤다고 볼 수 있다.
컴퓨터 통신의 역사
연결되어 있는 하나의 컴퓨터를 단말, Network Edge(스마트폰, 컴퓨터,Wi-fi 등 모든게 다 포함됨)이라고 지칭한다. 엄밀히 말하면 서버도 단말이라고 할 수 있다. 네트워크 끝단에서 네트워크를 사용하기 때문이다.
이 단말들을 연결시켜주는 네트워크의 핵심부분을 Network Core라고 칭한다. Network Core 기술은 "어떻게 더 많은 단말들을 지원하면서 네트워크 부하를 견딜 수 있는지?"에 초점이 맞춰져있다.(네트워크가 확장을 하더라도 동일한 기술을 적용시킬 수 있는가?)
먼저 친숙한 Network Edge에 대해 살펴보자.
초기 컴퓨터는 네트워크 통신을 할 수 없었기 때문에 단순 콘솔 게임, 문서작업 같은 단순작업만 가능했었다.
하지만 이미 컴퓨터들이 통신이 가능하게 만들면 무수히 많은 장점들과 시너지 효과를 발휘할 수 있다는 생각을 가지고 연구가 진행되고 있었다.(플로피 디스크에 데이터를 담아서 물리적으로 전달하던 시절)
컴퓨터 통신이 발달하고 개인용 컴퓨터에도 이 개념이 도입되면서 굉장히 빠르게 성장하기 시작했다.
각 기업에서 Network Core를 제공하고 개인용 컴퓨터에 연결을 하는 구조인데, 초기에는 컴퓨터 통신 기반 시절이 존재하지 않았었기 때문에 각 가정의 컴퓨터와 Network를 어떻게 연결하는가?가에 주요 초점이 맞춰져있었다.
이를 해결하기 위한 방법으로,
- 기존에 있던 통신 수단인 전화의 전화선을 이용 : Dial-up Modem
- 이것은 기본적으로 음성 정보를 전달하기 위한 수단(20Hz ~ 20000Hz)
- 데이터(0,1과 같은 이진 신호)를 가청 주파수로 변조하여 전송
- 전송량이 매우 제한적이라는 단점이 존재
- 1200~9600bps 전송률
- 전화와 같은 선을 사용하기 때문에 전화를 사용하고 있다면 컴퓨터 통신 불가
- DSL(Digital Subscriber Line)
- 마찬가지로 전화선을 통신선으로 사용
- 1번 방법은 Network core가 전화망이지만 DSL은 그렇지 않음
- Last mile(마지막 1단계)만 전화선을 사용
- Network Core는 별도로 존재
- 아래 그림과 같이 같은 망을 사용하지만 Splitter와 DSLAM을 통해 음성신호와 비음성신호로 분리한다.
- 1~8Mbps 전송률
- 케이블 모뎀
- TV는 동영상 데이터를 전송해야하는데 수십개의 TV채널을 선 하나로 전송해야하므로 선로가 매우 굵은 동축선을 사용한다.
- 이 케이블 모뎀을 사용하여 인터넷 서비스를 하기 시작
- 30Mbps(하지만 이 선로를 여러 가정이 공유해서 쓰기 때문에 실제 속도는 이거보다 낮음)
- 컴퓨터 전용망을 구축 ==> FTTH(Fiber To The Home)
- 광섬유를 집안까지 연결한다는 뜻으로, 초고속 기가 인터넷 설비 방식의 한 종류이다. FTTP(Fiber to the premises)라고도 한다.
- 기존의 선로는 구리선을 이용해 전기적 신호를 전송하지만, 광케이블은 광섬유(빛이 지나가는 선로)를 통해 전자기파(가지광선 신호)를 전송한다.
- 가시광선은 굉장히 높은 주파수(대역폭이 매우 높음)를 사용(전송할 수 있는 데이터의 양이 매우 높음)
- 구리선은 잡음에 취약하지만, 광섬유는 빛만 차단하면 잡음을 막을 수 있기 때문에 잡음 특성이 우수
- 설치비용이 높다는 단점이 존재(현재는 단가가 낮기 때문에 거의 무조건 광케이블 사용)
- 해저에 대형 광케이블을 설치하여 대륙간에도 통신이 가능(구리는 해저에 설치시 녹슴)
- 기타 Last Mile 통신 기법
- Wifi(공유 채널) : 무선은 점유가 불가능함
- Ethernet : 전용선이기 때문에 거의 대부분 경우에 유선이 무선(Wifi)보다 빠르다.
- 3G, LTE ==> 3G는 음성 최적화, LTE는 데이터 최적화
통신 선로의 종류
1. 구리선
- ex) 전화선(일반 Pair선), Ethernet(Twisted Pair선), 케이블 TV선(동축선)
2. 광섬유
- 단위 전송률의 가성비가 높다.
3. 무선
- 잡음이 많고, 공유채널
음성 정보 vs 데이터 정보
음성정보는 Circuit Switching에 적합
데이터 정보는 Packet Switching에 적합
Circuit Swithching과 Packet Switching의 차이는 무엇일까?
1. Circuit Swithching
- 서킷스위칭은 하나의 회선을 할당받아 데이터를 주고받는 방식
- 통신을 연결이 되고 나면 출발지로부터 목적지까지 도착하는데 사용되는 회전 전체를 독점하기 때문에 다른 사람이
끼어들 수 없음.
- 시작과 끝이 명시적으로 구분되어있다.(시작 : 전화를 검, 끝 : 전화를 끊음)
- 꾸준히 정보가 전송(시작부터 끝까지) ==> 시작부터 끝까지 선로자원을 점유(속도와 성능이 일정)
- Circuit 초기화 비용이 높고, 과금은 시간 단위
2. Packet Switching
- 패킷스위칭은 데이터를 패킷이라는 단위로 쪼개서 전송하는 방식
- 패킷은 다음 링크로 전송하기 전에 저장을 한뒤 전달하는 store and forward 방식을 사용
- 패킷의 헤더에는 출발지와 목적지정보가 있어 라우팅 알고리즘을 이용하여 경로를 설정하고, 중간의 라우터들을 거쳐
최종 목적지에 도달
- 패킷은 다음 라우터로 이동하기 위해 큐에서 대기하는데 이때 수용할 수 있는 큐의 범위를 초과하게 되면 손실이 발생
- 시작과 끝이 모호
- 과금은 패킷당 부과, 데이터량 과금
- 초기화 비용이 낮음
프로토콜
프로토콜은 복수의 컴퓨터 사이나 중앙 컴퓨터와 단말기 사이에서 데이터 통신을 원활하게 하기 위해 필요한 통신 규약.
신호 송신의 순서, 데이터의 표현법, 오류 검출법 등을 정함. 통신 규약.
컴퓨터 프로토콜은 계층적 규약 구조를 가지고 있다. 프로토콜이 여러 계층으로 나누어져 있음. 표준 규약은 ISO에서 만든 OSI 7계층이다.
- 응용 계층(카카오톡, 네이버 카페 등등)
- 표현 계층(HTML)
- 세션 계층 - 응용/표현 객체의 전달(HTTP)
- 전송 계층 - 양 끝단 전송 품질보장(TCP/UDP)
- 네트워크 계층 - 어떻게 Network Core가 끝단간 전송을 구현하는지?(가장 복잡한 계층)
- 데이터 링크 계층 - 각각의 링크에 대한 규약
- 물리 계층 - 유선/무선, 구리선/광섬유 등등(SW범위 벗어나는 계층)
인터넷 5계층이라고도 부르는데 인터넷 5계층은 응용 계층, 표현 계층, 세션 계층을 묶어 응용 계층으로 지칭하고 전송 계층, 네트워크계층, 링크 계층, 물리 계층을 말한다.
성능 지표
- 전송률 : 최대 전송률, 평균 전송률, 최저 전송률
- 지연시간
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