네트워크 초급

컴퓨터/IT역사, 학습

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luasenvy (luasenvy)

시작하며

네트워크는 컴퓨터간의 통신을 다루는 분야로 다른 컴퓨터 분야와 마찬가지로 그 중요도나 다양성은 말로 하지 않아도 모두들 알고 있을 것이다. 하다못해 정확한 시간을 표시하기 위해서라도 네트워크 통신은 필수 불가결한 옵션이 되었다.

자신이 자바 스크립트로만 한 획을 긋겠다는 야망이 충만하거나 통신이 불필요한 하드웨어만을 공부하겠다는 이른바 '날 빌드'를 쌓는다 하더라도 깊이의 차이는 있을지언정 원리를 알지 못하면 작업이 불가능하다. 애초에 프런트엔드에 모든 것을 태웠더라도 네트워크를 모르는데 웹 브라우저에서 작동하는 것을 공부할 필요가 있겠는가?

첫 회사를 입사하고 10년이 넘게 흘렀지만 이 글을 작성하고 있는 지금도 네트워크에 대해 잘 알지 못한다. 일상 속에서 업무로 항상 네트워크를 만지는 것이 아니다 보니 깊이도 없고 필요할 때 찾아본 다음 며칠 뒤면 잊어버리는 것이 지금까지의 패턴이다. 이참에 알고 있는 개념들과 자료들을 좀 더 정교한 수준으로 이해하고 과거에 있었던 나의 궁금증들을 최대한 쉬운 말로 풀어보도록 노력해 보자.

OSI Model

Open Systems Interconnection Reference Model의 축약어다. '개방형 시스템 상호연결 참조 모델'로 번역되는데 길고 어려운 명칭만큼 자세히 들여다보기가 상당히 까다로웠다. 네트워크 연결에 관한 규약을 정리한 모델이라고 이해하면 되겠다. 이 모델로 네트워크를 구성하면 두 시스템이 서로 통신할 수 있다고 정의한 표준 모델인 것이다.

실존 하는가

오늘날 대부분의 네트워크 시스템은 OSI 모델로 구성되어 있다. 일반 사용자는 잘 해봐야 홈 네트워크 수준만 사용해 볼 수 있고 장비라고 해도 기껏해봐야 위 사진 같은 Network Interface Controller_{(NIC 또는 랜카드라고도 한다)}정도 밖에 없다. AI로 생성한 이미지라 조금 이상하긴한데 대체로 저렇게 생겨서 랜포트_(RJ45)를 연결할 수 있게 구성되어 있다.

예전에는 저 랜 카드라고 하는 장비가 그래픽 카드처럼 메인보드 PCI 슬롯에 추가로 장착되는 형태였는데 그나마도 요즘에는 메인보드에 탑재된 상태로 보급되기 때문에 일반인들이 만나볼 수 있는 기회는 더욱 없어졌다.

모뎀이나 공유기, 광 케이블, UTP 케이블 같은 것들도 통신사 설치 기사분께서 친절하게 선까지 다 깔아주고 장비에 연결까지 해주고 DHCP로 IP가 자동 발급까지되니 네트워크라는 존재는 WIFI를 연결하려고 ID/PASS를 입력할 때 외에는 더욱더 접하기가 쉽지 않다.

앞서 소개한 랜 카드라는 장치도 공간적 제약과 비용 문제를 해결하기 위해 제품마다 OSI 계층의 기능을 동시에 수행하도록 결합되어 있는 장치이다. 운영체제 수준에서 네트워크 관리를 모두 자동으로 하다보니 OSI 계층은 공부를 하면서도 뜬 구름 잡는 느낌이 컸다.

눈에 보이는 확실한 장치들을 볼 수 있으면 조금 더 피부에 와닿을 수 있겠지만 계층별로 기능이 구현된 전문 장비들은 보통 위 사진처럼 거대한 트래픽을 다루어야 하는 곳에서나 만나볼 수 있다. 기술의 발달로 일반 가정에서 발생하는 트래픽 정도로는 통신사에서 제공해주는 조그만한 모뎀수준에서 모두 처리가 가능하다.

PC방 정도나 대규모 서버실 또는 건물내 EPS_{(Electrical Piping Shaft)}실 정도는 가야 만나 볼 수 있을 것이다. 다만 이런 곳도 친한 사장님이나 업무 관계자가 아니면 접근이 제한되기 마련이다.

네트워크가 연결되는 과정

OSI 계층을 공부하기 앞서서 네트워크가 연결되기까지의 이해를 돕기 위해 아주 간단한 예시를 들고 단계별로 조금 비약해서 설명해 보겠다.

 3층
 2층
 1층
건물

3층으로 구분된 건물이 위와 같은 형태로 있다고 가정해보자. 사업장이든 주택이든 어쨌든 이 건물에 사람이 있을 수 있는 공간이라면 특수한 목적이 없는 한 네트워크는 필수적인 요소이다. 후에 더 자세히 설명하겠지만 어쨌든 이 건물안에서 지구 반대편에 있는 구글 서버로 접속하려면 물리적으로 이어져 있어야 한다. 그러기 위해서는 무슨 수를 써서라도 외부망과 연결될 수 있는 케이블이 건물로 들어와야 한다.

                         3층
                         2층
                         1층
외부망 ── 케이블 ── 건물

독자분들이 경험이 있을지 모르겠지만 구형 주택가일 경우 인터넷을 새로 개통하거나 이사를 하게 되면 통신사에서 출장나온 설치기사분들이 전봇대에서 선 하나를 빼서 창문 틀에 구멍을 뚫고 이쁘게 들여오는 작업을 심심치 않게 경험해 볼 수 있다. 가끔은 케이블이 창문으로 내려오면 잡아드리는 서브 퀘스트도 수행해 볼 수 있는데 이 작업이 바로 외부망을 건물로 가지고 오는 작업이다. 신축 건물일수록 건축 당시 이미 외부망을 건물 내부에 보이지 않게 매설하는 경우가 많아서 경험해 보지 못할 수도 있다.

                         3층┌케이블─
                         2층┌케이블─
                         1층┌케이블─
외부망 ── 케이블 ── 건물(EPS실, 백본)

어느정도 규모가 있는 건물이라면 이 케이블은 EPS실이라는 건물내 한 구역을 거쳐 각 층으로 분배된다. 이제부터는 이곳에서 네트워크가 중단되거나 지연이 발생하면 건물 전체 네트워크에 영향을 미치게된다. 이는 곳 업무마비를 야기시키고 돈과 연결되기 때문에 아주 중요한 구간이 된다. 그래서 이곳의 네트워크 구간을 '백본'이라는 별개의 명칭을 붙이고 특별히 취급한다. 또 이 백본 구간에 설치되는 장치는 앞에 '백본'이라는 접두사를 붙여 내부 네트워크 전역에 영향을 끼칠 수 있는 장치임을 강조하여 부르기도 하는데 대표적으로 '백본 스위치'가 있다.

                         3층┌케이블─스위치─ 1...000 장치
                         2층┌케이블─스위치─ 1...000 장치
                         1층┌케이블─스위치─ 1...000 장치
외부망 ── 케이블 ── 건물(EPS실, 백본)

각 층으로 분배된 케이블은 위 사진 처럼 생긴 '스위치'라고 하는 장치에 연결하여 재분배한다. 케이블을 장치에 바로 연결해서 사용할 수도 있지만 건물 한 층에 장치가 하나만 있을리 만무하다. 여러 인원들이 다양한 장치를 연결하고 안전하게 사용하기 위해 스위치라는 장비를 사용하여 층의 내부 네트워크를 분할하고 재분배 받아 사용하는 것이 보통이다.

이제 이 각 층마다 사람들이 각자의 장치로 웹 페이지에 접속한다고 해보자. 페이지를 요청하고 화면에 응답받기까지 적게 잡아 500KB가 필요하다면 총 87MB 정도의 트래픽이 발생한다. 요즘 웹 페이지들은 동영상과 이미지도 많이 사용하기 때문에 필요한 대역폭은 더 커질 것이다.

3MB 정도로 조금만 더 늘리면 단순 계산으로도 약 900MB 정도의 트래픽이 발생한다. 이 정도로 그럭저럭 쓸 수 있다면 다행이겠지만 요즘 인터넷을 사용하는 장치는 아주 많다. 몸에서 때 놓지 않는 스마토 폰도 와이파이 연결해서 쓰길 원할 것이고 인터넷 전화를 사용한다면 여기에서도 트래픽이 발생할 것이다. 기타 잡다한 온라인 장치들이나 IoT 장치가 붙는다거나 건물 내에서 제공하는 PC가 아니라 외부에서 반입하는 랩톱 같은 것들도 고려해 볼 만하다.

장치만 고려하면 될 것인가? 통신하는 콘텐츠도 고려해야한다. 음악도 스트리밍으로 듣고 작은 화면이나 패드에 유튜브를 틀어놓는 사람도 있을 것이다. 요즘처럼 1080p가 기본이 되어버린 동영상 스트리밍을 생각해본다면 필요한 대역폭은 점점 더 거대해진다.

장치들이 지속적인 트래픽을 끊임없이 발생시키지 않더라도 백본으로 모여드는 트래픽은 상상 이상으로 많다. 이 트래픽을 처리하기 위해서 네트워크 장비에서도 CPU자원이 소모된다. 홈 네트워크 수준으로 구성했다가는 네트워크가 아주 빠른 시일내에 문제가 생길 것이다. DDOS 공격도 이런 점을 이용하여 막대한 트래픽을 단시간에 발생시켜 CPU의 처리량을 넘겨버리는 공격 방법이다.

그래서 어느 정도 규모가 큰 트래픽을 상대해야 하는 환경에서는 계층별로 장비를 나누어야 네트워크가 문제없이 처리될 수 있다. OSI 계층 모델로 구분된 네트워크를 관리하게 되면 장비별로 처리해야 할 작업을 분산시킬 수 있고 오류가 발생하였을 때 어느 계층에서 문제가 생겼는지 쉽게 찾을 수 있어 유지 보수에서도 장점을 가질 수 있다. 네트워크가 어떤식으로 연결되는지 확인했으니 이제는 이 연결된 네트워크가 어떤식으로 통신할 것인지 나눈 OSI 계층에 대해서 학습해보자.

Layer 1 - 물리 계층

말 그대로 물리적 상호작용을 위한 계층이다. 케이블과 직접 연결되는 물리적, 물질적 장비들을 떠올리면 된다. 그렇다면 무선 인터넷은 물리적인 케이블이 없으니까 물리 계층이 아니지 않느냐? 시도는 좋았다만 전자기파도 물리적인 현상이다. 안테나를 통해 전자기파 신호를 직접적으로 송수신하여 트래픽을 송수신하는 것이니 케이블과 다를 바가 없다.

당연하게도 이 계층에서 통신은 유무선을 통한 전기적인 신호만 사용 가능하기 때문에 ON/OFF_{(0 또는 1)} 두 가지만 사용이 가능하다. 즉 비트 단위의 통신만이 가능하다. 이 계층은 데이터의 오류 검사나 복구 기능 같은 모든 것을 갖다 버리고 데이터를 오직 안전하게 송수신하는 것에만 올인한 계층이다. 이 계층에 해당하는 장비들로 케이블, 안테나, 리피터, 허브등을 들 수 있다.

리피터와 허브

1계층의 주요 장비로는 케이블과 안테나는 물론 데이터 송수신에 관여하는 리피터, 허브, 브릿지까지 포함할 수 있다. 리피터는 케이블이 길어질 수록 약해지는 신호를 증폭하여 전달한다. 원래의 신호와 동일한 신호를 반복한다는 뜻으로 Repeater라고 불린다.

브릿지와 허브는 각각 동일한 역할을 수행하는데 S/W 기반이냐 H/W 기반이냐의 차이가 있다. 당연히 H/W 기반이 속도도 빠르고 저렴하기 때문에 브릿지는 점점 쇠퇴했고 대부분 허브를 많이 사용한다. 둘 모두 리피터와 같은 역할을 수행하지만 여러개의 장비를 연결할 수 있는 것이 특징이다. 수신된 신호를 연결된 모든 노드로 전달하며 한 번에 한 노드만 통신이 가능하다.

Layer 2 - 데이터 링크 계층

물리 계층을 통해 송수신되는 정보의 오류와 흐름을 관리한다. 통신에서 오류를 찾고 재전송하는 기능이 주목적이며 맥_(MAC) 주소로 통신한다. 대표적인 장비로 브리지와 스위치가 있다. 브리지의 경우 네트워크 세그먼트를 연결하는 역할을 한다. 말 그대로 서로 다른 네트워크를 연결하는 다리 역할을 수행하게 된다.

네트워크 세그먼트라는 용어는 경우에 따라 다른 것을 뜻하는데 여기서는 큰 네트워크를 구성하는 작은 네트워크들을 말한다. 후술할 전송계층에서는 이 용어가 트래픽을 세는 단위로 쓰인다.

스위치

스위치는 많은 곳에 쓰이는 네트워크 장비로 하나의 단원을 뜯어 자세히 설명한다. 하는 일은 브리지와 마찬가지로 네트워크 세그먼트를 연결하는 장비이다. 브리지가 S/W 기반이라면 스위치는 H/W 기반의 네트워크 장비로 성능면에서 훨씬 빠르기 때문에 브리지의 상위호환 장비라 생각하면 된다.

허브와는 다르게 신호를 보낼때 필요한 포트_{(MAC 기반통신)}로만 전달하므로 네트워크 데이터 전송 속도가 향상되고 불필요한 트래픽이 감소하게 된다. 또한 동시에 여러 노드와 통신할 수도 있다.

스위치가 하는 일을 '스위칭'한다고 표현하는데 도대체 어디서 이런 용어가 나오게 되었을까? 여러 문서나 블로그들을 찾아보아도 장비의 포트 교환이나 패킷 전달 등등 전문용어_{(또는 은어)}들이 난무하여 이해하기가 어려웠다. 스위칭은 말 그대로 회선을 바꿔서_(Switching) 전달하는 작업이라 이해하면 된다.

좀 더 직관적으로 이해하려면 '교환원'이라는 직업을 떠올려볼 수 있다. 교환원은 말 그대로 연결되어있는 전설을 다른 포트로 교환해주는 작업을 하는데 과거를 시제로 삼는 느낌의 영화에서 가끔 출연하기도 한다.

'전화교환원'이라는 이름의 직업이 대한민국에서도 있었는데 동네에 이장님에 하나 있는 전화를 걸거나 지금은 없어져버린 쌀집에 하나씩 있는 전화를 걸면 교환소의 전화교환원과 먼저 연결이 된다. 'OOO로 연결해주세요'라고 목적지를 이야기하면 교환원이 해당하는 목적지와 연결된 곳으로 회선을 바꿔서_(스위칭) 연결해주는 방식이었다. 대화를 끝내고 다른 목적지로 연결하려면 다시 교환원을 통하여 회선을 바꿔야 한다.

이 업무에서 교환원을 스위치 장비로 교체하고 목적지도 패킷에 포함하여 전달한다고 생각한다면 정확하게 스위치로 대체할 수 있게 된다.

L1 스위치

기술의 발전으로 스위치가 여러 레이어에서 동작할 수 있고 저렴하며 성능도 뛰어나 광범위하게 활용된 결과인지 네트워크 장비를 '스위치'라고 일컫는 경우가 많다. 'L1 스위치'라고 하는 것은 물리계층에서 학습했던 '허브'라는 장비를 말한다. 엄밀히 따지자면 허브는 모든 포트로 패킷을 전달하고 스위칭 기능도 없기 때문에 이런 식으로 부르지 않는 것이 바람직하겠지만 업계 은어로써 자리매김 한 것 같다.

이후에 설명할 'L3 스위치'도 같은 맥락이다. 분명히 다른 장비가 있었는데 그 자리를 스위치가 대체되면서 이전에 있었던 장비도 편의상 '스위치'라고 부르는 사람들이 많다. 실무에서는 문맥을 잘 파악하고 장비를 잘 확인하면서 작업을 해야 하겠다. '스위치' 설정하려는데 진짜 '라우터'가 있다면 뭔가 다르게 해야 할 테니 말이다.

L2 스위치

일반적으로 우리가 스위치라고 하면 바로 이 데이터 링크 계층에서 작동하는 'L2 스위치'를 말한다. MAC 주소를 기반으로 스위칭하고 모든 포트가 병렬로 처리되며 가격이 저렴하다는 장점이 있다.

L3 스위치

사실 L3 계층은 라우터, L2 계층은 스위치로 두 장비가 나뉘어 있었다. 그러나 기술이 발달함에 따라 L2 스위치에 '라우팅 기능'이 추가되면서 브리지와 허브의 관계처럼 H/W 기반이냐 S/W 기반이냐의 차이 외에는 구분할 수 없게 되었다.

H/W 기반인 스위치는 당연히도 S/W 기반인 라우터에 비해서 성능이 매우 뛰어났고 결정적으로 훨씬 저렴한 가격을 가지고 있었다. 소비자의 입장에서 싸고 더 좋은 제품을 선택하지 않을 이유가 없었고 자연스럽게 라우터는 'L3 스위치'와의 경쟁에서 밀려나면서 스위치가 그 위치를 차지하게 되었다.

L4 스위치

전송 계층에서 작동하는 스위치이다. 스위치의 발달은 L3에서 멈추지 않았는데 L4에도 스위치를 둘 수 있다. 이 계층에서는 TCP/UDP를 이용하여 스위칭할 수 있어서 IP와 PORT를 기반으로 한 부하 분산_{(Load Balancing)}을 제공할 수 있다.

L5, L6, L7 스위치

L5, L6의 기능은 보통 L7에서 함께 작동하여 제공하여 별도로 구분하지 않는다. L7 스위치는 L4와 동일한 기능을 제공하지만 추가적으로 페이로드를 분석하여 패킷을 처리한다. 이를 통해 DDos, SYN Attack등 네트워크 공격에 대한 방어가 가능하고 특정 바이러스 감염 패킷을 필터링하는 등의 보안 기능을 제공할 수 있다. 그러나 가격이 비싸다는 단점이 있다.

Layer 3 - 네트워크 계층

경로 선택과 주소 할당 그리고 경로에 따른 패킷 전달이 주목적인 계층으로 데이터를 목적지까지 가장 안전하고 빠르게 전달하는 기능이 중요하다. 논리적 주소인 IP가 할당되는 계층이다.

라우터

논리적/물리적으로 분리된 네트워크간 데이터 전송을 위한 최적의 경로를 설정하고 이 경로를 따라 데이터를 전송하는 장비다. L3 스위치에서 말한 것처럼 가격이 비싸고 초기 설정이 복잡하다는 단점이 있다. 종류로는 코어, 센터, 엣지, 브로드밴드, 핫스팟, ISP 라우터 등이 있다. 각자 사용 목적이나 설치되는 논리적/물리적 위치에 따라 이름을 짓는다.

블랙홀 라우터

공부하다보니 흥미로운 이름의 라우터가 있어서 소개한다. 패킷을 받아 소멸시켜버리는 라우터로 리눅스의 /dev/null 과 비슷하게 Null0라는 가상의 인터페이스로 트래픽을 전달하여 소멸시키는 방식으로 작동한다. 블랙홀 라우터로 경로를 바꿔줄 수 있는 라우터도 블랙홀 라우터라고 부른다. 인터페이스 명을 따 'Null0 라우터'라고도 부른다.

DDos공격이나 Flood 공격처럼 비교적 구분이 쉬운 대규모 트래픽의 경우 일반적인 라우터도 공격을 감지할 수는 있지만 공격 패킷 자체를 직접 소멸시킬 수 없기 때문에 블랙홀 라우터로 경로를 바꿔서 처리하는 방식으로 활용된다.

Layer 4 - 전송 계층

최종 호스트간의 데이터 전송 조율을 담당하여 보낼 데이터의 용량과 속도 그리고 목적지 등을 처리한다. 종단간 신뢰성있는 정확한 데이터 전송을 목적으로 전송 단위는 '세그먼트'라고 한다. 종단간 통신에서 에러 복구와 흐름 제어를 담당하게 된다.

네트워크 트래픽은 수 많은 중간 노드들을 거쳐 이동한다. 그 사이에 장비 불량이나 불확실한 경로 또는 처리가 지연되는 경우를 포함하여 전송된 패킷이 목적지에 도착할 때에는 전송했던 순서가 보장되지 않는다. 따라서, 네트워크 트래픽을 통신할 때에는 패킷에 세그먼트_(순번)를 붙여 송수신하게 되는데 전송 계층에서 순번이 빠진 데이터를 찾아 재송신 요청을 하는 등의 작업을 하게 된다.

왜 순서가 보장되지 않나?

우리는 빠른 인터넷과 자동화 시대에 너무 익숙한 나머지 많은 부분을 놓치고 있다. 위 그림처럼 부산에서 시작한 패킷전송이 다양한 경로를 거치고 서울의 한 목적지로 이동하는 케이스를 생각해보자. 이렇게 생각해도 마치 한 라인으로 연결되어 전송된 세그먼트들이 순서대로 도착해야만 할 것 같다.

그렇다면 세그먼트를 송신하던 중간에 어떤 라우터가 하나 고장났다는 가정을 해보자. 패킷이 원래의 경로를 사용하지 못하고 다른 경로를 우회하여 목적지로 향하게 된다.

조금 더 변수를 줘보자. 그렇게 우회하던 라우터도 갑자기 처리량이 급증하게 되면서 원래의 라우터가 복구되고 그 사이에 우회 경로였던 청주 라우터로 패킷이 몇 개 전송되었다고 생각해보자. 벌써 머리가 아픈데 사실 이런 경로만의 문제가 전부는 아니다.

국내라는 작은 지역을 가정한 예시지만 실제로 우리가 구글을 사용하거나 게임을 접속할 때에는 해외 서버를 사용하게 될 수도 있다. 이 회선은 해저 케이블을 지날 수도 있으며 제 3세계에 설치된 이름 없는 산 중턱의 라우터를 지날 수도 있다.

또한, 위 그림에서는 중간 노드들이 동일한 레벨로 그려져 아직 이해가 안될 수도 있다. 빛의 속도로 통신하니까 별 상관 없지 않은 것 같지만 실은 그 사이사이에 있는 장치들과 장치를 거치면서 늘어나는 지연시간들이 패킷마다의 속도에 큰 영향을 미친다. 케이블이나 장비의 노후화도 이 지연시간에 한 몫을 보탠다. 어떤 건 신제품이고 어떤건 20년도 더 됐을 수 있다. 모든 것을 차치하더라도 케이블 거리에 따라 감쇄하는 신호를 극복하기 위하여 일정 구간마다 설치되는 리피터도 결국 지연시간을 늘리는 결과를 가져오게 되어있다. 결국 순서대로 패킷을 전송해도 목적지에 도달하는 순서는 장담할 수 없게 된다.

Layer 5 - 세션 계층

1-4 계층이 데이터를 주고 받을 수 있는 경로와 방법에대한 목적이라면 5-7 계층은 종단간의 통신에 목적이 있다. 세션 계층은 응용 프로그램간의 대화를 유지하기 위한 구조를 제공한다.

TCP/IP 종단간의 연결, 유지, 종료, 복구가 주 목적이다. '세션'은 회의, 구간, 단계와 같은 사전적 의미로 해석할 수 있지만 마땅히 대응할만한 한국어 전산용어가 없다. 기능적으로 설명하자면 연결의 연속성을 유지할 수 있도록 패킷을 어떤 놈이 보냈는지 인지하고 분류할 수 있다는 말이 된다. 웹 프로그램에서 이야기하는 세션과 의미나 단어가 같기 때문에 혼란이 있을 수 있지만 네트워크에서의 세션은 로그인/로그아웃과 같은 '인증 체계의 세션'을 뜻하는 것이 아닌 '연결'에 대한 세션을 말한다.

약속된 논리적인 동기점을 지정하여 서로 통신 메시지가 올바르게 처리되는지 판단할 수 있도록 하고 이 동기점을 기준으로 오류를 복구할 수도 있다. 특이한 점은 하위 계층인 전송 계층에서도 연결을 맺고 끊을 수 있으므로 어느 계층에서 통신이 끊어졌는지를 판단하기에는 한계가 있다. 그러므로 세션 계층은 전송 계층과 무관하게 응용프로그램의 관점에서 보는 것이 옳다.

운영체제 레벨에서 자동으로 처리하기 때문에 직관적으로 느끼기가 힘들다. 간접적인 예시로는 웹 소켓으로 서버와의 연결을 '열어두고' 작업을 할 수 있는 점이 있다.

Layer 6 - 표현 계층

응용 프로그램 또는 네트워크를 위해 데이터를 '표현'할 수 있게 해주는 계층이다. 표현이라는 단어 때문에 화면이나 출력같은 기능이 연상되어 혼란스러울 수 있으나 순전히 데이터적인 관점에서의 표현이다. 각 시스템별로 데이터를 표현하는 방법이 다를 수 있기 때문에 이 계층이 필요하다.

우리가 흔히 사용하는 ASCII 형식외에도 IBM 범용기가 지원하는 EBCDIC 방식의 시스템도 있으며 이런 데이터 표현 방식은 여러가지가 존재한다. 만약 ASCII시스템과 EBCDIC시스템이 서로 통신한다고 하였을 때 있는 그대로 데이터를 주고 받으면 화면에 깨진 데이터가 표시되어 무슨 말을 하고 있는 것인지 알 방도가 없다.

ASCII 인코딩 데이터 ─ 네트워크 전송 코드로 변환 송신 ─ 네트워크 전송 비트 수신 ─ EBCDIC 디코딩 ─> 화면 출력

표현계층은 이러한 문제를 해결하기 위하여 공통된 인코딩/디코딩 인터페이스를 제공해주는 것이라 생각하면 된다. 시스템은 표현계층에서 제공하는 방식으로 인코딩/디코딩 하면 되기 때문에 다른 시스템이 어떤 형식으로 데이터를 표현하는지 신경쓰지 않아도 된다._(캡슐화) 그밖에도 압축이나 암호화를 수행할 수도 있다.

Layer 7 - 어플리케이션 계층

어플리케이션을 말한다. 목적에 따라 네트워크 서비스를 제공하는 계층으로 목적에 맞는 프로토콜들이 준비되어있다. HTTP, FTP, SMTP, TELNET, 등 표현 계층까지 지나 모두 디코딩된 데이터가 어플리케이션 계층에서 사용된다.

네트워크로 송수신된 패킷이 단계별 계층을 지나 수신측의 시스템에 맞는 문자열로 디코딩되고 어플리케이션은 올바르게 수신한 HTML 전문을 읽을 수 있다.

TCP/IP 계층

OSI 7 계층을 좀 더 실무적이고 구현 중심으로 간편하게 나눈 계층이다. '구현 중심' 이란 웹 어플리케이션을 구현할 때 쓴다는 것이 아니라 OSI 7계층처럼 실제로 이 네트워크 계층 구조를 구현할 때 사용하는 모델이다.

케이블

'인터넷'의 대명사가 '랜선'이 되어버린 것 처럼 통신에 있어서 케이블이 빠질 수가 없다. 요즘에야 무선인터넷이 잘 구성되어 있어서 편리하게 사용하지만 아직도 안정적인 인터넷 사용을 위해서는 케이블이 필수적이다.

동축케이블

도무지 사진을 찾을 수 없어서 AI로 만들었다. 대충 위처럼 생겼는데 중앙에 구리로 만든 선이 위치한다. 어릴때 TV나 셋톱박스등에 연결해서 TV를 수신하기도 했고 인터넷 모뎀에 연결하여 인터넷을 사용하기도 했었다. 재미있는 이야기로는 중앙 동축 케이블을 사선으로 감싸는 방식의 처리 기술이 노벨상을 수상한 기술이라는 점이다.

RJ11과 RJ45

RJ11	RJ45

RJ11은 4가닥을 사용한다. 할머니 집_{(구형 주택)}에 놀러가면 보던 희한하게 생긴 4극짜리 콘센트의 용도가 바로 이것이다. 전화선을 연결하여 RJ11 커넥터에 물릴 수 있다.

RJ45는 현재 가장 많이 쓰이고 있다. 일반적으로 '랜선' 또는 '네트워크 케이블' 이라고 하면 이 형태를 일컫는다. 8가닥을 사용하며 UTP_{(Unshielded Twisted Pair Cable)} 케이블은 말 그대로 '절연체로 감싸이지 않고 2가닥씩 쌍으로 꼬여있는' 케이블임을 말한다.

RJ11이나 RJ45는 케이블 끝에 장착된 커넥터의 종류를 말한다. RJ45가 대중화되기 이전 전화선 모뎀을 통해 인터넷을 사용한 것처럼 UTP 케이블도 4가닥씩 나누어 인터넷을 분배하거나 전화로 호환할 수도 있었다. 과거에 이미 설치되었던 케이블들을 최대한 재활용했기 때문에 가능한 일이었다.

커넥터와 채결할 때에는 선을 정렬시켜야 할 필요가 있는데 RJ45의 경우 가장 대중적으로 알려진 '흰주, 주, 흰초, 파, 흰파, 초, 흰갈, 갈' 순으로 정렬하면 된다. 랜뽑 할 일이 있을 때 자세히 살펴보는 것도 추천한다.

110 판넬

처음 이사하고 벽부 랜 포트 살려보겠답시고 이리저리 삽질한 사진인데 사진처럼 한 선으로 죄다 연결시키면 네트워크가 안되니 조심하자...¹ RJ45처럼 순서에 신경쓸 일 없이 색마다 대응하는 연결부가 동일한 색으로 칠해져 있어 이명인 '치트코드' 그대로 치트처럼 쉽게 연결할 수 있다.

각각 좌측부터 공용망이 연결되고 안방, 거실, 작은방 순으로 케이블이 연결되어있다. 방마다 벽부에 랜 포트가 있는 거주지라면 집안 어딘가에 이렇게 각 방으로 네트워크를 보내는 장비가 숨어있을 것이다. 보통은 두꺼비집이나 그 근처에 설치되어 있다. 건물에 EPS 실이 있다면 일부 층이나 방에는 EPS 단자함이 숨어있는 경우도 있다. 보면 알 수 있듯이 부피가 있어서 RJ45만큼 대중화 하진 못했다.

광 케이블

파이버	내부

광 케이블은 파이버_(fiber)라고도 부른다. 내부 구조는 매우 복잡하기 때문에 자세한 설명이 궁금하다면 따로 찾아보기 바란다.

TCP/IP 주소

A Class: 255.0.0.0
B Class: 255.255.0.0
C Class: 255.255.255.0

4바이트로 표시되는 네트워크 내 고유 번호이며 동일한 네트워크내에서 동일한 주소를 가질 수 없다. A, B, C 클래스로 나뉘고 각각 3바이트, 2바이트, 1바이트로 주소를 표기한다. 이 주소를 효율적으로 나누어 알뜰하게 쓰기 위해서 넷마스크라는 기법을 활용해 네트워크를 더 잘게 쪼개어 사용하기도 한다.

관련 내용을 정말 잘 알려주는 유튜브 링크가 있어서 대체하겠다. 반드시 한 번은 꼭 시청해보길 바란다. 어떤 회사를 가든 어느 환경에서 작업을 하든 네트워크를 연결해서 작업을 해야할탠데 듣기만 해도 계산이 되는 레벨은 아니더라도 어떤 기술들이 있는지 정도는 알고 있어야 하겠다.

기타

백본과 백본스위치

백본이란 WAN_(공용망)으로 연결되는 하나 또는 그 이상의 중심 노드를 일컫는 말이다. 말 그대로 척추와 같이 가장 중심에 위치하며 모든 패킷이 지나다니게 된다. 이곳에 스위치를 설치하게 되면 그 중요성을 강조하기 위해 백본 스위치라고 이야기한다.

대규모 트래픽과 네트워크의 중심이라는 중요도 때문에 이 구간은 고성능, 고확장성의 장비를 사용하는 것이 좋고 장비의 성능이 좋지 않을 경우 병목_(bottleneck)현상이 발생할 수 있으므로 주의해야한다. 백본 스위치는 이중화하여 안정성을 확보하고 무중단 시스템으로 구축해야 안정적인 서비스가 가능하다. 이 때 HSRP 프로토콜을 활용한 이중화 구성을 하기도 한다.

라우터도 백본 역할을 했었으나 현재는 거의 하지 않는다. 이유는 당연하게도 L3 스위치의 기술적 발달로 대체되었기 때문이다. 구조도에서는 스위치를 그리지 않고 선으로만 표시하기도 한다.

HSRP 프로토콜

이중화 프로토콜로 Active, StandBy 상태의 두 백본 스위치를 두고 Active 상태의 스위치가 장애가 발생할 때 서비스 중단 없이 라우팅을 자동으로 인계하여 StandBy 스위치가 Active 스위치로 전환되어 작업을 인계받는 라우팅 프로토콜이다. StandBy는 Active와 동일한 기능을 백업 받아 동작하며 Hot Swap 기능을 통해 온라인상의 무중단 모듈 추가 및 교체가 가능하다. 단일 장비의 교체 작업이나 장애로 인한 시스템 전체의 중지를 우회할 수 있다.

네트워크 구성 이론

각 단말기들이 어떤 형태로 연결되는지 그 방식을 토폴로지라고 일컫는다. 1대의 스위치를 설치하여 여러대의 PC를 연결하는 것 처럼 중요한 관리포인트를 한 곳으로 집중시키고 케이블을 비교적 적게 사용할 수 있는 스타형으로 구성을 많이 한다. 스타형은 노드들이 직접 연결되지 않고 중앙노드를 통해서만 통신하기 때문에 중앙노드만 괜찮다면 노드들이 서로에게 영향을 끼치지 않는다. 버스와의 차이점이 없어 보이지만 버스 토폴로지의 경우 중앙노드를 가지지 않고 단일 케이블을 통하여 모든 노드와 연결하는 방식이다.

매시형이나 완전연결형이 가용성이 가장 높아 보이지만 오류가 발생할 경우 오류를 찾기가 매우 힘들고 케이블_(비용)이 많이 필요하다는 단점이 있는 것처럼 각각의 방식은 장단점이 있기 때문에 상황에 맞춰 적절한 토폴로지를 구성하는 것이 합리적이다.