<IT엔지니어를 위한 네트워크 입문> 책을 함께 읽는 스터디를 진행하며 올리는 포스팅입니다.
스터디 repository
Intro
실제 네트워크를 구성하는 데 있어서 필요한 장비에는 어떤 것들이 있을까요?
이번 포스팅에서는 실제 네트워크 장치들의 동작 방식과 기능을 살펴보려 합니다.
네트워크 인터페이스 카드
네트워크 인터페이스 카드(NIC)는 컴퓨터를 네트워크에 연결하기 위한 하드웨어 장치를 말합니다.
노트북, 데스크톱 PC에는 NIC가 기본 장착되어 있어 별도로 추가 설치할 필요가 없으나, 서버에서는 더 높은 대역폭이 필요하거나 여러 네트워크에 동시에 연결되어야 할 때 추가로 설치하기도 합니다.
NIC의 주요 역할은 다음과 같습니다.
- 직렬화(Serialization)
- 전기적 신호를 데이터 신호 형태로, 또는 데이터 신호 형태를 전기적 신호 형태로 변환해줍니다.
- MAC 주소
- NIC는 MAC 주소를 가지고 있습니다.
- 받은 패킷의 도착지 주소가 자신의 MAC 주소가 아니면 폐기하고, 맞으면 전달합니다.
- 흐름 제어(Flow Control)
- 패킷 네트워크에서는 하나의 채널을 이용하므로 이미 통신중이라면 새로운 데이터를 받지 못합니다.
- 따라서 데이터를 받지 못할 때는 통신 중지를 요청하는데, 이를 흐름 제어라 합니다.
이외에도 네트워크 기능 가상화(NFV)에 사용되는 높은 대역폭의 NIC나, 스토리지 네트워크를 구성하기 위한 iSCSI 프로토콜, 고성능 클러스터링 구현에 필요한 인피니밴드 카드 등 다양한 NIC가 존재합니다.
케이블과 커넥터
케이블
케이블에는 트위스티트 페어(Twisted Pair) 케이블, 동축(Coaxial) 케이블, 광(Fiber-optic) 케이블이 있습니다.
이더넷에서 대중적으로 많이 사용하는 표준은 1000BASE-T, 1000BASE-SX, 1000BASE-LX의 세 가지 입니다.
예를 들어 1000BASE-T를 보면, 아래와 같이 세 가지의 의미로 구성되어 있습니다.
- 1000 : 1000Mbps
속도로 통신할 수 있는 네트워크 - Base : 단일
채널통신(Broad = 다채널 통신) - T : 트위스티드 페어
케이블(S = 멀티모드 광케이블, L = 싱글모드 광케이블)
트위스티드 페어 케이블
가장 흔히 사용하는 케이블로, 쉴드를 장착한 STP/FTP 케이블 종류와 쉴드가 없는 UTP 케이블이 있습니다.
트위스티드 페어 케이블은 카테고리 단위로 케이블 등급을 나누는데, 1G 속도를 지원하는 카테고리 5E 케이블이 가장 대중적입니다. 하지만 이후 더 높은 대역폭을 요구하면서 10GBASE-T를 위해 카테고리 6, 6A, 7(비표준) 케이블이 사용되고 있습니다.
이 때 카테고리 6, 7과 같은 고사양 케이블은 간섭을 피하기 위해 실드가 있는 STP, FTP 형태를 사용합니다.
동축 케이블
10G 이상의 고속 연결을 위해 트랜시버를 통합한 DAC(Direct Attach Copper Cable) 케이블을 많이 사용합니다.
광케이블
광케이블은 저항 때문에 생기는 감쇄, 주변 자기장의 간섭으로부터 비교적 자유로운 케이블입니다.
광케이블은 싱글모드, 멀티모드의 2가지로 나뉩니다.
- 싱글모드
- 먼 거리 통신을 지원합니다.
- 굵기가 매우 가늘고 신호를 보내는 광원으로 레이저를 사용합니다.
- 멀티모드
- 비교적 굵은 케이블을 사용하며, 광원으로 LED를 사용합니다.
- 가격이 싱글모드보다 저렴합니다.
커넥터
케이블의 끝부분으로, 네트워크 장비나 네트워크 카드에 연결되는 부분입니다.
트위스티드 페어 케이블에서는 RJ-45 커넥터를 사용하고, 광케이블은 주로 LC 커넥터를 사용합니다.(일부는 SC 커넥터 사용)
트랜시버
다양한 외부 신호를 컴퓨터 내부의 전기 신호로 바꿔주는 장치로, 서로 다른 다양한 네트워크 표준을 혼용해 사용할 수 있도록 해줍니다.
트랜시버 없이 전용 인터페이스를 사용하면 길이나 속도마다 다른 네트워크 장비나 NIC를 별도로 구비해야 합니다.
허브와 스위치
허브
거리가 멀어질수록 줄어드는 전기 신호를 재생성해주고, 여러 대의 장비를 연결하기 위해 사용하는 1계층 장비입니다.
허브는 단순히 들어온 신호를 모든 포트로 내보내기 때문에 여러 장애의 원인이 되어 현재는 거의 사용되지 않습니다.
스위치
여러 장비를 연결하고 통신을 중재하는 2계층 장비입니다.
스위치는 허브와 달리 목적지 MAC 주소의 위치를 파악하고 목적지가 연결된 포트로만 전기 신호를 보냅니다. 또한 허브와 달리 송수신을 동시에 할 수도 있습니다.
스위치의 발명과 대중화는 이더넷 네트워크가 효율적인 네트워크 기술로 발전하는 계기가 되었습니다.
라우터
3계층에서 동작하는 장비로, 먼 거리로 통신할 수 있는 프로토콜로 변환해주는 장비입니다.
정확한 방향으로 패킷이 전송되도록 경로를 지정하고, 최적의 경로로 패킷을 포워딩하는 역할을 합니다.
로드밸런서와 방화벽
로드밸런서
4계층에서 동작하는 장비로, 4계층 포트 주소를 확인하는 동시에 IP주소를 변경할 수 있는 장비입니다.
주로 웹에서 사용되는데, 웹 서버 증설 시 대표 IP를 로드밸런서가 가지고, 로드 밸런서가 각 웹 서버로 패킷의 목적지 IP주소를 변경해 보내주는 방식으로 사용됩니다. 이를 통해 웹 서버의 서비스 성능을 높일 수 있게 해줍니다.
이외에도 서비스 헬스 체크 기능, 대용량 세션 처리 기능을 수행합니다.
방화벽
4계층에서 동작하는 장비로, 통과하는 패킷의 3, 4계층 정보를 확인하고 패킷을 정책과 비교해 버리거나 포워딩합니다.
공유기
2계층 스위치, 3계층 라우터, 4계층 NAT(Network Access Translation)와 간단한 방화벽 기능을 한곳에 모아놓은 장비입니다.
모뎀
짧은 거리를 통신하는 기술과 먼 거리를 통신할 수 있는 기술이 달라 이 기술들을 변환해주는 장비입니다.
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