1-1. Network Fundamentals

 TCP/IP 프로토콜과 라우팅/스위칭

   네트워크는 서로 다른 장비간의 통신, 즉 데이터의 이동을 뜻한다. 이 데이터 통신 규약은 크게 UDP protocol과 TCP protocol^[각주:1]로 구분된다. TCP 프로토콜과 UDP 프로토콜간의 가장 큰 차이점은 속도와 신뢰도이다. TCP 프로토콜의 경우 헤더에 굉장히 많은 정보가 포함된다. 도착지의 응답여부, 전송되는 패킷의 순서, 저장될 위치, 예비 저장 위치 등등 많은 양의 정보를 TCP계층에 담고 있다. 반면, UDP 프로토콜의 헤더의 경우 데이터의 크기 등 전송에 필수적인 요소만을 담고 있어 TCP 프로토콜의 헤더와 비교했을 때 크기가 훨씬 작다. 이같은 헤더 크기의 차이로 인해, TCP/IP 프로토콜은 UDP 프로토콜에 비해 전송 속도는 현저히 떨어지나 UDP프로토콜에 비해 신뢰도는 월등하다. 반면, UDP 프로토콜은 매우 빠른 전송속도를 지녔으나, 무결성 검사라던가 수신측의 수신여부를 확인할 수 없어 신뢰도가 현저히 떨어진다. 현재 대부분의 통신은 TCP/IP 프로토콜을 통해 이루어지며 DNS서버 접근과 같이 신뢰도가 상대적으로 중요하지 않은 부분에서만 UDP프로토콜이 사용된다.

  네트워크에서 주소는 곧 계층구조를 갖는 '이름'이다. 우리가 주변에서 가장 흔히 볼 수 있는 IPv4는 255.255.255.255 의 형태로 이루어진 TCP/IP 프로토콜의 주소구조이다. 왼쪽부터 순서대로 첫번째와 두번째 묶음은 Network-ID, 즉 Domain 역할을 한다. 여기서 Domain이란 동일한 '속성들의' 집합이다. 해당 IP가 속한 네트워크의 성격을 대표한다고 할 수 있다. 전화번호에 비유한다면 02, 010, 070 처럼 해당 번호가 지역번호인지, 휴대전화번호인지, 인터넷전화번호인지 판별하는 역할을 한다고 할 수 있다. 이어서 세번째 묶음은 Network 망을 식별하는 역할을 한다(Subnet-ID). 마지막 네번째 묶음은 Network망 내에서의 식별자로 Local적 의미를 가진다고 할 수 있다(Host-ID). 

[IP구조 그림]

  라우팅 프로토콜은 여기서 Network-ID가 서로 다른 장비들이 통신할 수 있도록 하는 통신 규약이다. 비유하자면 핸드폰과 집전화간의 연락 혹은 다른 지역간의 연락을 위한 규약이라고 할 수 있다. RIP EIGRP OSPF 등 다양한 규약이 존재하고, Router가 역할을 수행하는 장비이다. 또, 스위칭 프로토콜은 Network-ID가 같은 장비들이 통신할 수 있도록 하는 통신 규약이다. 개인적으로 라우터의 하위구조에 존재하는 장비(규약)이라고 생각한다.

[LAN - 라우터 - 인터넷 - 라우터 -LAN 그림]

  참고로 TCP/IP 프로토콜에서 IP는 논리적 주소이다. ISP업체나 국가, 기관과 같은 관리자가 부여한 주소로 언제든 교체될수 있다. 주의할 점은 Host-ID만 변경할 수 있다는 것이다. 도메인 식별을 위해 사용된다. Network-ID를 임의로 변경할 경우 네트워크와 연결이 끊어진다. 반면 물리적 주소로는 MAC address가 있다. 물리적 주소는 공장단계에서 한번 부여되면 변경할 수 없으며 동일 네트워크 안에서 호스트를 식별하기 위해 사용된다. 관리는 IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers)에서 맡고 있다.

 LAN과 WAN의 구분

  기본적으로 LAN은 근거리 통신, WAN은 장거리 통신이라고 정의하는데, 여기에서 거리는 상대적 의미이다. 더 명확한 구분을 위해서는 사용하는 LAN과 WAN이 각각 사용하는 전기 통신 방법으로 구분해야 한다. 크게 세가지 점에서 LAN과 WAN은 차이점을 갖는다. 

  먼저, 전기 통신, 패킷은 4자리의 이진수로 끊어서 전송된다^[각주:2]. 이 때 각 패킷에는 데이터 전송의 시작(헤더)과 끝(테일)을 표시해준다.  이를 Encapsulation 이라고 하는데, LAN은 ARPA 규약을 통해, WAN은 PPP, HDLC 규약을 통해 이를 수행한다. 앞 뒤에 헤더가 붙는 성질 때문에 LAN 패킷은 최소 46byte의 크기를 갖게되며 데이터 통신 시작전에는 Preamble이라고 불리는 쓰레기 값을 전송하여 통신 시작을 알린다.

  또 다른 차이점은 신호 전송방법에 있다. 데이터 전송시 0은 5v로, 1은 12v로 표현되어 전송된다.^[각주:3] 5v 12v가 그대로 전송될 경우 전기 신호의 강도가 미약하여 다른 전파에 간섭을 받아 데이터가 손상되기 쉽다는 단점을 가진다.  따라서 데이터 전송시 전기 신호를 증폭하거나 변환하여 전송한다. LAN의 경우엔 단극성 신호를 복극성 신호로 변환하여 전송하는 방법을 사용한다. 기존엔 양극의 성질만 가지던 전기 신호를 증폭하여 음의 성질까지 띄게 하는 것으로 파장의 높이를 2배(혹은 n배)로 만드는 것이다. 반면 WAN의 경우 변조(Modulation)과 복조(Demodulation)의 방법을 사용한다^[각주:4]. 이 방법은 쉽게 말하자면 데이터가 전송되는 양과 거리에 따라 전송 방식을 다르게 하는 것이다. 비유하자면 동네 한바퀴를 돌 때는 자전거를 타고 부산에 갈 때는 버스를 타는 것이다. 용도에 적합한 형태로 전기 신호를 변조하여 송신한 후, 수신 측에서는 해당 전기 신호를 적절히 복조한다.

  마지막 차이점은 대역폭의 차이다. LAN의 경우 BaseBand를 사용한다. BaseBand는 다른말로 협 대역,  기저 대역이라고 할 수 있다. 반면 WAN의 경우 BroadBand 즉 광대역을 사용한다. 비유하자면 BaseBand는 1차선 도로, BroadBand는 4차선 도로라고 할 수 있다. 이 차이로 인해 WAN 방식은 LAN 방식에 비해 더 멀리, 더 다양한 신호를 전송할 수 있다. 주의할 점은 대역폭과 전송 속도는 전혀 다른 개념이란 것이다. 대역폭은 단순히 한번에 데이터가 이동할 수 있는 양을 결정한다. 속도와는 무관한 개념이다. 자갈밭 4차선과 아스팔트 1차선 중 더 빠른 속도로 다닐 수 있는 것은 후자이다. 마찬가지로 대역폭이 넓다고 해서 무조건 데이터 전송 속도가 빠른것은 아니다.^[각주:5]

  참고로 그냥 들이밀기만 해도 되는 LAN과는 달리 WAN은 Data Communication Equiment(DCE)가 제공하는 Clock rate(진동수)에 맞춰서 진입해야 한다. Clock rate는 Serial Cable을 통해 Data Terminal Equiment(DTE)에 제공된다. DTE는 WAN에 연결된 말단 클라이언트들(PC)이다.

LAN Cable

  LAN Cable(UTP Cable)에 의해 이뤄지는 LAN통신은 Cable의 배치에 따라 T568A/B 규격을 갖는다.

[UTP 사진]

  케이블을 소팅하는 순서는 다음과 같다^[각주:6].

1. 오 파 녹 갈 순으로 배열

2. 흰오 오 / 흰파 파 / 흰녹 녹 / 흰갈 갈 배열

3. 위에서 흰파 <-> 흰녹 위치 변경

4. 흰오 오 / 흰녹 파 / 흰파 녹 / 흰갈 갈  = 1 2 3 4 5 6 7 8 핀 = T568B 규격

5. 위에서 1<->3,     2<->6 위치 변경

6. 흰녹 녹 / 흰오 파 / 흰파 오 / 흰갈 갈  = 3 6 1 4 5 2 7 8 핀 = T568A 규격

  또, LAN 통신은 통신의 방향성에 따라 단방향 통신인 Simplex와 양방향 통신인 Duplex 두 가지로 나눠진다. Duplex 통신은 양방향성인 속성에 의해 rx(수신) tx(송신)를 갖는다. Duplex에 사용되는 핀은 1 2 3 6 번 핀이다. 이를 제외한 핀은 단방향 통신(Simplex)에 사용된다. ^[각주:7]이 때 사용하는 rx와 tx에 사용되는 핀에 따라 MDI, MDI-X 규격으로 나뉜다.

MDI : rx(3 6) tx(1 2)

MDI-X : rx(1 2) tx(3 6)

(MDI와 MDI-X 규격은 서로 rx포트와 tx포트의 위치가 반대라는 것.)

  tx에서 나온 케이블은 다른 장비의 rx 포트로 연결된다. 이를 도식화하면 다음과 같다.

[사진 MDI_MDI-X]

  Direct Cable의 규격은 T568A : T568A , T568B : T568B 이고, Cross Cable의 규격은 T568A : T568B , T568B : T568A이다. 

Roller Cable

  라우터, 허브와 같은 장비는 별도의 제어 케이블이 필요없는 공유기와 달리 설정등의 셋업을 위해서는 별도의 케이블 연결이 필요하다. 제어를 위해 네트워크 장비와 클라이언트PC를 연결하는 케이블의 몸체를 Roller Cable(Console Cable)이라고 한다. 기본적으로 헤드는 DB9 콘솔포트에 1~8순으로 핀이 배열되어 있고, 테일은 RJ-45^[각주:8] 콘솔포트에 8~1순으로 핀이 배열되어 있다. CISCO장비의 경우 RS232 인터페이스 환경(퉁쳐서 콘솔인터페이스)을 지원한다. 클라이언트PC의 RS232포트와 장비의 Console 포트를 연결하여 사용한다.

[롤러 케이블 사진]

1. 현재 가장 많이 사용되는 TCP/IP 프로토콜. 1960년대 미 국방성에서 개발하였다. [본문으로]
2. 만일 가장 왼쪽자리가 4자리를 못채울 경우 잉여비트 (redundancy bit)'0'을 추가하여 4비트로 맞춘다. 이를 '패킹'이라고 한다. [본문으로]
3. 각각 2v 5v인 시절도 있었다. [본문으로]
4. 1990년대부터 2000년대 초반까지 쓰이던 모뎀(MODEM)이 바로 이 두 단어의 축약어이다. [본문으로]
5. 물론, 단위시간당 데이터 전송량으로 따진다면 얘기가 조금 달라지긴 한다. [본문으로]
6. 정보처리기사, 네트워크유지보수 자격 시험에 자주 출제된다. [본문으로]
7. 주로 TV등과 같은 단방향 매체에 이용됨. [본문으로]
8. 랜선에 사용되는 캡과 동일한 종류. 전화선에 사용되는 RJ11과도 모양이 똑같다. [본문으로]