네트워크 아키텍처 | (1) 네트워크 노드, Host, 링크

네트워크 | 네트워크를 이해하는 큰 그림 에서 네트워크를 노드와 링크로 이해할 수 있다고 했는데,

그럼 정보를 주고받는 각 장치나 포인트인 노드, 그리고 노드들을 연결해주는 링크는 현실 세계의 무엇을 가리키는 말일까? 

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네트워크 노드 vs 호스트(Host)

네트워크 노드는 네트워크에 연결된 모든 장치를 의미한다. 컴퓨터, 스위치 라우터, 프린터, CCTV 등등.. 무수히 많다. 

그 중에서도 컴퓨터 혹은 서버는 호스트(Host)라고 부른다.

따라서 호스트를 정의하자면, 컴퓨터이면서 동시에 네트워크에 연결되어 있는 대상을 말한다.

 

근데 호스트라고 다 같은 놈이 아니다.

네트워크 세계에서 데이터를 받고 보내기 위해 서있는 애들 중에서는 

1. 말 그대로 네트워크 기능을 이용하기 위한 친구가 있고,
2. 네트워크가 전송되는 중간 다리 역할을 해주는 친구가 있다. 

1번 케이스에 해당하는게 컴퓨터, 모바일 장치이다. 이러한 호스트를 종착지라는 뜻에서 엔드포인트(End Point)라고 부른다. 

• 저 컴퓨터, 모바일 장치라는 것들은 역할에 따라 Server(데이터 제공), Client(데이터 요청), Peer(데이터 교환)라고 불리기도 한다.

2번 케이스에 해당하는게 스위치(Switch)라고 하는 네트워크 하드웨어들이다.

 

네트워크 하드웨어

https://www.arubanetworks.com/faq/what-is-a-network-switch/

 

스위치는 네트워크 내부에서 데이터 패킷의 전달을 관리한다. 후에 네트워크 모델을 다룰텐데, 이중 L2 스위치는 MAC 주소를 기반으로 트래픽의 방향을 컨트롤하고, L3 스위치는 IP 주소를 기반으로 트래픽의 방향을 컨트롤한다. 

 

1. 허브 (Hub)
   • 가장 기본적인 네트워크 연결 장치로, 연결된 모든 장치에 데이터를 브로드캐스트하는 역할을 한다.
   • L2에서 작동한다. 그러나 트래픽 방향을 컨트롤하지는 않는다. (스위칭 기능 X)
   • 허브는 단순하고 비용이 적게 들지만, 효율성이 낮고 네트워크 혼잡을 야기할 수 있다.
2. L2 스위치
   • 허브와 달리 트래픽 방향을 컨트롤하여, 연결된 장치들 사이에서  데이터 패킷을 보다 효율적으로 전송한다.
   • 각 패킷의 목적지 MAC 주소를 확인하고 해당 주소가 연결된 포트로만 데이터를 전송하는 멀티캐스트 장치이다.
   • 덕분에 네트워크의 효율성을 높이고, 혼잡을 줄이며, 보안을 개선하는 효과를 갖는다.
3. L3 스위치
   1. L3에서 작동하며, L2 스위치에 IP 주소를 기반으로 한 라우팅 기능이 추가된 형태이다. 
   2. 밑의 라우터와의 차이점은 내부 네트워크 내에서 IP 주소를 기반으로 라우팅을 수행한다는 점이다. 
      (ex. 대규모 기업 내부망)
4. 라우터 (Router)
   • 마찬가지로 L3에서 작동한다. IP 주소를 활용하는 건 L3 스위치와 같지만, 내부 네트워크가 아닌 서로 다른 네트워크 간의 통신을 가능하게 한다.
   • L3 단에서, 인터넷 IP 주소를 사용한 스위칭을 수행한다. 데이터 패킷의 IP 주소를 사용하여 네트워크 간의 최적 경로를 결정하고, 데이터를 전달한다.
   • 라우터는 보안 기능과 함께 네트워크 간의 연결점으로서 중요한 역할을 한다.

 

이들은 모두 함께 쓰이고 있다. 어느 지역의 어느 집은 허브를 쓰고있고, 어느 집은 L2 스위치를 쓰고있고.. 그럴 수 있는 거다. 일반적으로 허브나 L2 스위치는 같은 네트워크 내의 장치들을 연결하는데 사용된다. 라우터는 이러한 로컬 네트워크를 외부 네트워크(ex. 인터넷)와 연결한다.

 

사실 인터넷이라고 하는 게 결국 라우터와 (뒤에서 다룰)DNS의 결합이다. 만약 사용자가 인터넷에 접근하려고 하면, 데이터는 먼저 로컬 네트워크의 스위치나 허브를 통과하여 라우터에 도달한다. 그 다음에 라우터는 이 데이터를 인터넷으로 전송한다.

 

 

Q. 스위치에 대해서

 

스위치는 꼭 특정 하드웨어를 말하는 것은 아니다.

트래픽의 방향을 전환하는 것을 스위치라고 부른다. 스위치를 일종의 기능(스위칭)이라고 보는 편이 낫다. 

따라서 하드웨어가 아닌 소프트웨어일 수도 있다.

 

또한 계층으로 설명하자면, 계층에 종속되지도 않는다. L2에도 있을 수 있고, L3, 심지어 L7에도 존재할 수 있다. 

각 계층에는 해당 계층에 맞는 표시(예를 들면 헤더)가 있을텐데, 이를 통해 어느 곳으로 방향을 전환할지를 결정한다. 

 

L2 스위치는 MAC 주소를 통해 스위칭을 한다. 
L3 스위치 IP 주소를 통해 스위칭을 한다. 

 

 

 

Q. 브로드캐스트 vs 멀티캐스트?

브로드캐스트 (Broadcast)
- 정의: 브로드캐스트는 네트워크 상의 모든 장치들에게 데이터 패킷을 전송하는 방식이다. 이는 네트워크 내의 모든 노드가 전송된 데이터를 받는다는 것을 의미한다.
- 사용 사례: 일반적인 예로는 LAN(지역 네트워크)에서 ARP(Address Resolution Protocol) 요청이 있다. 이는 네트워크 상의 모든 장치에게 해당 IP 주소를 가진 장치를 찾기 위한 요청을 보내는 것이다.

멀티캐스트 (Multicast)
- 정의: 멀티캐스트는 특정 그룹의 장치들에게만 데이터 패킷을 전송하는 방식이다. 이 방식에서는 네트워크상의 일부 노드만이 데이터를 받는다.
- 사용 사례: IPTV(Internet Protocol Television) 방송이 멀티캐스트의 예이다. 이는 특정 구독자들에게만 비디오 콘텐츠를 전송한다.

둘의 차이점: 
1. 수신 대상: 브로드캐스트는 네트워크 내의 모든 장치들에게 데이터를 전송하지만, 멀티캐스트는 지정된 그룹 내의 장치들에게만 데이터를 전송한다.

2. 효율성: 브로드캐스트는 네트워크 자원을 많이 사용하고 혼잡을 야기할 수 있다. 반면, 멀티캐스트는 특정 그룹에게만 데이터를 전송하기 때문에 네트워크 자원을 더 효율적으로 사용한다.

3. 적용 분야: 브로드캐스트는 일반적으로 소규모 네트워크나 제한된 환경에서 사용된다. 멀티캐스트는 대규모 네트워크 환경에서 그룹 통신에 더 적합하다.

 

 

<허브, 스위치, 라우터 비교 테이블>

구분	허브 (Hub)	스위치 (Switch)	라우터 (Router)
OSI 모델 계층	물리 계층 (Physical Layer)	데이터 링크 계층 (Data Link Layer)	네트워크 계층 (Network Layer)
장치 유형	브로드캐스트 장치	멀티캐스트 장치	라우팅 장치, 데이터 패킷을 전송할 경로 생성
사용 목적	동일 네트워크 내의 장치 연결	동일 네트워크 내의 장치 연결	두 개 이상의 다른 네트워크 연결
데이터 전송 형식	이진 비트 형태	프레임 형태	패킷 형태
작동 방식	Half Duplex	Full Duplex	Full Duplex
데이터 전송 시간	한 번에 하나의 장치만 데이터 전송 가능	여러 장치가 동시에 데이터 전송 가능	여러 장치가 동시에 데이터 전송 가능
주소 저장	MAC 주소나 IP 주소 저장하지 않음	MAC 주소 저장	IP 주소 저장

 

 

 

네트워크 링크

스위치나 라우터 같은 노드는 네트워크 내의 다른 호스트로 데이터를 효율적으로 전달하는 역할을 하며, 이러한 데이터 전송은 유선이나 무선 링크를 통해 이루어진다.

 

링크는 다음과 같이 구분될 수 있다:

1. 유선 연결: 이더넷(Ethernet) 케이블이나 광섬유를 사용하여 물리적으로 장치를 연결한다.
   • 유선 연결은 안정적이고 빠른 데이터 전송 속도를 제공한다.
   • 케이블 (구리선): 전통적인 이더넷 연결에 사용되며, 구리선을 통해 전기 신호를 전송한다.
   • 광케이블: 빛을 이용해 데이터를 전송하며, 높은 속도와 광대역 대역폭, 그리고 장거리 전송 능력을 가진다.
2. 무선 연결: 와이파이(Wi-Fi)나 셀룰러 네트워크 같은 무선 기술을 이용해 장치 간에 데이터를 전송한다.
   • 무선 연결은 이동성이 좋고 편리하지만, 유선 연결보다 느리거나 불안정할 수 있다.
   • 모바일 장치 및 원격 지역의 접속에 적합하다.

 

(좌) 이더넷 케이블 (우) 광섬유 케이블

 

 

 

 

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광섬유 케이블, 작동하는 방법은?