정보통신공학과 통신학과, 정보처리기사 등 정보통신시스템 요약정리 53. 네트워크기기

53. 네트워크기기

 

가. 인터네트워킹(Internetworking)의 개요
인터네트워킹은 여러 가지 다양한 네트워크들 간에 하드웨어나 소프트웨어 모두를
상호 접속 시키는 제반 기법을 말한다. 즉 LAN, MAN 및 WAN 등 다양한 통신망 또
는 컴퓨터 등을 상호접속 및 연결하여 만들어진 네트워크를 인터네트워크
(internetwork)라고 하며, 이러한 몇 개의 네트워크들을 하나의 통합된 네트워크로
만들어 가는 과정과 방법을 인터네트워킹이라고 한다. 이것은 다양한 토폴로지와 전송
매체 및 통신장치 간을 상호 연결하여 통합된 통신망을 만드는 네트워크 연동 기술이다.
네트워크 간 연동을 위해서는 상이한 주소지정 방식, 최대 허용 패킷의 크기, 네트
워크 액세스 방법, 타임아웃(timeout), 오류복구 방법, 전송로 연결방식 등을 고려해
야 하고, 이를 해결하는 방법으로 네트워크 간 통신 설비를 사용하고 상이한 네트워크
상의 사용자들 간에 루트를 제공할 수 있어야 한다.
일반적으로 인터넷이라고 불리는 용어로서‘Internet’ 은‘internetworking’ 의 의미를 갖고 있는데, 첫 글자를 대문자 (I)로 표기할 경우 인터넷이라는 의미로 사용되
며, 소문자 (i)로 표기할 경우 개별 네트워크를 상호 연결하는 포괄적인 의미로 사용된다.
인터네트워크는 여러 회사의 제품을 연결하고, 서로 다른 통신 체계를 통합하고 단
순한 전송매체를 사용하므로 단일 네트워크보다 단순하지 않다. 인터네트워크를 구성
하는 제품은 다양하고 기능도 천차만별로 복잡하지만, 네트워크의 환경과 요구사항에 따라 이 장치들을 적절하게 사용하여야 한다.

일반적으로 인터네트워킹을 위해 사용되는 주요 네트워크 기기로는 [그림 4-57]과
같이 계층 1의 기능을 수행하는 리피터, 계층 1~2의 기능을 수행하는 브리지, 계층
1~3의 기능을 수행하는 라우터, 그리고 계층 1~7의 기능을 수행하는 게이트웨이가있다.

네트워크 기기의 기능범위

나. 리피터(Repeater)
전송매체로 전송되는 디지털신호는 일정한 거리 이상으로 나아가면 출력이 감쇠하
는 성질이 있으므로, 장거리 전송을 위해서는 감쇠된 전송신호를 새롭게 재생시키거나
출력 전압을 높여 주는 장치가 필요한데, 리피터가 바로 전송신호의 재생중계 장치이
다. 즉, 리피터는 [그림 4-58]과 같이 접속되어 수신되는 데이터 신호의 증폭 및 재생
을 통해 매체의 다음 구간으로 재전송시키게 되므로, OSI 참조모델의 물리계층에 해
당되는 기능을 수행한다.

리피터의 접속

리피터의 주요 기능은 3R(Reshaping, Retiming, Regenerating) 기능으로 대표
되는데, 이는 디지털 전송용 송수신 회로에 필요한 기본적인 기능으로서, 파형 정형
(reshaping), 타이밍 추출·검증(retiming), 식별 재생(regenerating) 등이다.
리피터의 종류에는 비트 리피터(bit repeater)와 축적형 리피터(buffered
repeater)로 대별된다. 비트 리피터는 LAN 세그먼트로부터 비트를 받아서 아무런 처
리도 하지 않고 단순히 신호를 전기적으로 재생하여 다음 세그먼트에 넘긴다. 따라서
양쪽 세그먼트의 속도는 같아야 하며, 신호를 받아서 그대로 전달하기 때문에 데이터
의 오류에 대처할 방법이 없다. 축적형 리피터는 비트 리피터의 기술을 확장한 것으
로, 메모리 버퍼를 가지고 있으므로 속도가 서로 다른 LAN을 결합할 수 있고, 패킷
분석을 하지 않으므로 속도가 빠르고 경제적인 LAN을 구성할 수 있다.
디지털통신 네트워크에서 LAN의 역할이 커지면서 LAN은 처음 구성할 때보다 크
게 늘어나기 마련인데, 리피터는 LAN을 서로 접속시키거나, 하나의 LAN 내에서 세
그먼트들을 서로 연결하는데 사용되며, 거리나 접속 시스템 수를 확장시킬 수 있다.
또한 LAN 이외에 유·무선 광역통신망 전송에서 신호를 증폭하여 거리를 연장하는
데에도 사용된다.
한편, 허브(HUB)는 집중화 장비(concentrator)라고도 부르기도 하고, [그림 4-59]
와 같이 각 노드들을 연결시켜 주는 역할을 하며, 리피터와 마찬가지로 신호 증폭기능을 갖고 물리계층에서 동작하는 장비이다. 각 노드들은 주로 UTP 케이블을 통해 연결
되며, 연결된 수만큼 네트워크 통신이 가능하고 연결된 장치들은 공유된다.

허브의 기능

일반적으로 컴퓨터나 프린터들과 네트워크 연결, 근거리의 다른 네트워크 또는 다
른 허브와 연결, 라우터 등의 네트워크 장비와 연결에 이용되며, 네트워크 상태를 점
검하거나 신호 증폭 기능 등의 역할도 한다. 버스 토폴로지 형태로 접속되는 LAN에서
분기하여 컴퓨터들을 성형 토폴로지 형태로 LAN에 접속시키는 접속 또는 집선 장치
로 이용된다.
허브의 약점은 각 LAN이 보유한 대역폭을 PC의 대수만큼 쪼개서 제공한다는 것이
다. 이러한 단순히 연결 기능만을 지닌 허브를 더비허브(dummy HUB)라고 한다. 예
를 들어 10Mbps의 대역폭을 제공하는 이더넷에 8포트형 허브로 PC 8대를 연결시켰
을 때, 8대의 PC는 각각 1.25Mbps의 대역폭만을 할당받게 된다. 이와 같은 성능 상
의 한계로 허브는 점차 재택근무 및 가정(SOHO)용으로 밀려나는 추세이며, 이를 개
선하기 위해, 각 PC의 대역폭을 보장하기 위한 스위칭 허브(switching HUB)가 사용
되고 있으며, 또한 네트워크 관리기능이 추가된 지능형 허브(intelligent HUB) 등이
있다.
여기서, 스위칭 허브는 각 노드(PC 등)를 LAN에 연결해 주는 것은 물론 각 노드에
서 패킷 단위로 발송되는 자료에서 수신 노드의 주소를 판독하여 수신 노드로 자료를
전송하기도 한다. 즉, 주소에 따라 자료를 연결(스위칭)해 주는 특성을 갖는다. [그림
4-60]은 일반 허브와 스위칭 허브와의 특성을 나타낸 것으로, 일반 허브에서는
10Mbps의 대역폭을 각 PC가 공유하지만, 스위칭 허브에서는 10Mbps의 대역폭을 모
두 보장하여 50Mbps의 대역폭을 제공할 수 있다.

그리고, 일반 가정에서는 허브와 유사한 기능을 하는 장치로 IP 공유기(IP sharing
device)가 사용되고 있다. 일반 가정에서 인터넷을 사용할 때, 통신회사에서 일반 가
정용 회선에 하나의 IP만 부여하게 되므로, 2대 이상의 PC가 사용하고자 할 경우에
IP 공유기 장비를 설치해야 한다. 일반적으로 여러 대의 컴퓨터를 사용하는 가정이나
직장에서 공인 IP 주소 하나로 인터넷을 공동 이용할 목적으로 IP 공유기를 사용한다.
IP 공유기는 하나의 공인 IP 주소를 자체 분배하여 다수의 사설 IP로 변환시켜 주는
장치이며, IP 공유기를 사용하여 여러 대의 PC를 접속해 이용할 수 있지만, 실제의 외
부 인터넷 상에서는 이들 PC들 모두 하나의 IP를 사용하는 것으로 인식된다.
반면에, IP 공유기 대신에 허브가 사용된다면, 허브에 들어오는 IP가 하나이기 때문
에 여러 대의 PC 중에서 먼저 접속한 PC 하나만이 인터넷을 사용할 수 있다. 따라서
모든 PC가 인터넷을 사용하기 위해서는, 통신회사에서 다수의 IP를 배정받아야만 한
다. IP 공유기에는 유선, 무선, 또는 유·무선 IP 공유기가 사용되고 있다.

다. 브리지(Bridge)
브리지는 동종의 프로토콜 체계를 갖는 LAN 간 또는 대규모 LAN 내의 세그먼트
간을 서로 연결해 주는 통신망 연결 장치로서, OSI 참조모델의 데이터 링크 계층에서
동작하며, MAC 이하의 프로토콜은 달라도 접속이 가능하다. 예를 들면 이더넷 상호간이나, 이더넷과 토큰링형 LAN을 접속할 수 있다. 즉, 브리지는 OSI 참조모델의 데이터링크 계층에서 네트워크 간에 프레임 중계 기능을 수행하는 것이다.
브리지는 [그림 4-61]과 같이 LAN 상의 각 데이터 패킷(프레임)들의 MAC 주소를
조사한 후, LAN-A에서 LAN-B로 전송할 필요가 없는 경우에는 통과하지 못하도록
저지하는 주소 필터링(filtering) 기능을 수행하여 여분의 데이터 패킷이 LAN-B에
흐르지 않게 되므로 데이터 충돌의 확률이 낮아지고, 전체 네트워크의 처리율 향상과
트래픽 분산 효과가 있다. 특히, 이러한 주소 필터링 기능은 패킷의 내용에는 영향을
미치지 않으며, 이를 통해 세그먼트 간에 불필요한 브로드캐스팅 정보를 차단하게 된다.

브리지의 기본동작은 매우 간단하다. 브리지는 수신된 프레임을 분석하여 프레임에
포함되어 있는 정보를 근거로 중계여부를 결정하며, 중계가 결정된 경우 해당 목적지
로 프레임을 전송하는 것으로 설명될 수 있다. 브리지는 먼저 각 통신포트로 수신되는
프레임 발신자의 MAC 주소를 해당 포트의 주소목록에 유지하고(learning 기능), 수
신된 프레임의 목적지 MAC 주소를 각 통신포트의 주소목록과 비교하여, 만약 수신포
트의 주소목록에 목적지 MAC 주소가 있으면 프레임을 폐기하며(filtering 기능), 목
적지 MAC 주소가 다른 포트의 주소목록에 있으면 해당 포트로 전송하고, 다른 포트
의 주소목록에도 없으면 수신포트를 제외한 모든 포트에 전송한다(forwarding 기능).
브리지를 이용하여 동종의 네트워크를 연결하는 경우는 별 문제가 없으나, 이더넷
과 토큰링형 LAN과 같이 상이한 형태의 네트워크를 연결하는 경우에는 프로토콜의
변환작업이 요구된다. 그러나 이러한 변환 작업은 각 프로토콜에서 지원되고 있는 기
능 및 특성의 차이로 인해 완벽히 변환되기는 힘들다.
브리지는 [그림 4-62]와 같이 일반적으로는 로컬(local) 브리지와 원격(remote) 브
리지로 구분한다. 로컬 브리지는 말 그대로 동일지역 내에서 다수의 LAN을 서로 연결 할 때 쓰이는 것이고, 원격 브리지는 LAN과 WAN을 연결하는 것으로서 지역이 다르고 멀리 떨어져 있는 LAN 간을 WAN을 통해 연결하는 것이다. 원격 브리지인 경우,일반적으로 WAN의 속도가 LAN 보다 느리기 때문에 LAN과 WAN의 전송속도 차이
를 줄이기 위해서는 충분한 버퍼를 확보해야 한다. 최근에는 브리지에 라우터 기능이
결합된 브라우터(brouter) 제품이 사용되고 있으며, 라우터가 원격 브리지의 기능을
대신하고 있다.
또한, 브리지는 적용되는 기술에 따라 보통 이더넷에서 사용되는 트랜스페어런트
(transparent) 브리지와 토큰링에서 사용되는 소스라우트(source route) 브리지 그
리고, 서로 다른 형태의 네트워크 간에 프로토콜 변환을 수행하는 트랜슬레이션
(translation) 브리지로 구분되기도 한다.
브리지는 통신망의 범위와 길이를 확장할 때, 통신망에 더욱 많은 컴퓨터들을 연결
시킬 때, 통신망에 과다하게 연결된 컴퓨터들로 인한 병목현상을 줄이고자 할 때, 서
로 다른 물리적 전송매체로 구성된 통신망을 연결할 때, 이더넷과 토큰링형 LAN과 같
은 서로 다른 통신망 구조의 통신망을 연결할 때 등에 사용할 수 있다.
두 개의 LAN을 연결한다는 점에서 리피터와 같을 수도 있지만, 리피터가 모든 신호
를 한꺼번에 보내서 통신량을 증가시키지만, 브리지는 통신량을 조정할 수 있다. 즉,
통신하고자 하는 노드가 같은 통신망 안에 있을 경우는 데이터가 다른 통신망으로 전
달되지 않도록 한다. 또한 리피터와 마찬가지로 데이터를 재생성할 수 있다는 점에서
는 같지만, 데이터를 재생성하는 위치가 다르다. 리피터에 비해 브리지는 대규모의 네트워크를 소규모의 네트워크로 분할하여 인터네트워킹을 수행함으로써, 불필요한 프
레임의 중계를 차단할 수 있고, 더 많은 장비를 네트워크에 접속시킬 수 있으며, 네트
워크를 효과적으로 확장할 수 있다.
그러나, 라우터에 비해서는 브로드캐스트 프레임 등 불필요한 프레임을 중계하는
경우가 많아 라우터보다 대역폭의 이용효율이 떨어지며, 브리지를 통해 연결될 수 있
는 시스템의 수도 제한이 된다. 따라서, 인터넷 등 대규모 네트워크에 접속하기 위해
브리지를 쓰는 경우는 거의 없으며, 보통 한 조직체 내에서 제한적인 범위에서 사용하
는 것이 일반적이다.

라. 라우터(Router)
라우터는 동일한 전송 프로토콜을 사용하는 분리된 네트워크를 연결하는 장비로서,
OSI 참조모델의 네트워크 계층에서 작동한다. 라우터는 브리지가 가지는 기능에 추가
하여 [그림 4-63]과 같이 경로배정표(routing table)에 따라 다른 네트워크 또는 자
신의 네트워크 내의 노드를 결정하여, 여러 경로 중 가장 효율적인 경로를 선택하여
패킷을 보낸다. 흐름제어 기능을 가지며, 인터네트워크 내부에서 여러 서브네트워크를
구성하고 다양한 네트워크 관리 기능을 수행한다.

라우터의 구성

즉, 라우터는 LAN을 연결하여 정보를 주고받을 때 송신정보인 패킷에 담긴 수신처
의 주소를 읽고, 가장 적절한 통신 경로를 이용하여 다른 통신망으로 전송하는 장치이
다. LAN을 인터넷에 접속할 때는 반드시 필요한 장비로서, 서로 다른 프로토콜로 운
영하는 통신망에서 정보를 전송하기 위해 경로를 설정하는 역할을 제공하는 핵심적인 통신장비이다.
라우팅(routing)은 발신지에서 목적지까지 인터네트워크를 경유하여 정보(패킷)를
전송 및 중계하는 것을 말하며, 라우팅을 수행하는 장비인 라우터를 보통 하나 이상
거치게 된다. 라우팅은 최적의 경로를 결정하는 것과 설정된 경로를 따라 패킷을 중계
(스위칭)하는 2가지 기본 역할을 수행하는데 일반적으로 최적의 경로를 결정하는 것이
패킷중계에 비해 복잡하다. 최적의 경로를 결정하기 위해서 라우터는 다양한 정보를
수집하고, 이를 근거로 최적의 경로 정보를 추출하여 경로배정표에 저장한다.
패킷중계는 비교적 간단하며, 라우팅에 의해 결정된 경로에 대해 패킷을 중계한다.
서로 다른 라우팅 프로토콜을 사용하는 라우터도 기본적으로 같은 방식으로 패킷중계
를 수행하는데, 이는 3가지 단계로 구분될 수 있다. 제1단계는 상대방과 통신하기 위
해 라우터를 거쳐야 하는 경우 발신자는 라우터의 데이터링크 계층 주소와 수신자의
네트워크 계층 주소를 가진 정보를 전송한다. 제2단계는 이 패킷을 수신한 라우터는
패킷의 네트워크 계층 주소를 통해 중계여부를 결정하는데, 중계할 수 없는 경우는 일
반적으로 패킷을 폐기한다. 중계가능한 경우 패킷의 데이터링크 계층 주소를 다음 경
유지(라우터)나 수신자의 데이터링크 계층 주소로 바꾸어 전송한다. 제3단계는 다음
경유지가 최종 수신자가 아닌 라우터인 경우, 제2단계의 과정을 반복한다.
네트워크에서 쓰이는 위치나 규모에 따라 라우터의 종류가 달라질 수 있지만, 라우
터의 기본적인 기능은 모두 같다. 코어(core) 라우터는 인터넷 서비스 제공자(ISP :
Internet Service Provider)의 LAN이나 여러 개의 ISP 네트워크를 서로 연결하며,
센터(center) 라우터는 WAN 회선을 거쳐 회사의 본점과 지점을 서로 연결하거나, 인
터넷 서비스 제공자와 기업의 네트워크를 연결할 때에도 사용된다. 엣지(edge) 라우터
는 지점과 영업소의 네트워크를 WAN 회선에 연결하여 회사의 본점에 있는 라우터에
접근할 때 사용되며, 원격(remote) 라우터는 LAN과 WAN을 중계하며 WAN 라우터
라고도 부른다. 브로드밴드(broadband) 라우터는 가정이나 작은 규모의 기업에서 브
로드밴드급의 인터넷에 접속할 때 사용된다.
라우터를 이용해 통신환경의 설정을 가능하게 하여 관리 방침에 따라 라우팅 방식
을 결정하여 전체 네트워크의 성능을 개선할 수 있다. 또한, 표준 논리에 따라 통신방
법이 자동으로 결정되므로 유지보수가 용이하고, 통신방법에 구애받지 않으므로 대규
모 통신망을 쉽게 구성할 수 있으며, 다양한 경로를 따라 트래픽을 분산할 수 있다. 그
러나, 라우터는 초기 환경설정이 어렵고, 특정한 프로토콜에 의존하므로 다양한 프로
토콜 지원이 어려우며, 하위 프로토콜 지원이 불가능하고, 기능이 복잡하므로 가격이
비싸다는 단점이 있다.

라우터는 동일한 목적을 수행하는 브리지와 대비되는데 주요 차이점은, 브리지는
OSI 참조모델의 데이터링크 계층에서 동작하고, 라우터는 네트워크 계층에서 수행된
다는 점이이며, 이에 따라 서로 다른 방법으로 정보를 중계한다. 브리지는 통신망 분
기점에 배치되어, 두 세그먼트 사이에서 데이터링크 계층 간의 불필요한 패킷을 버리
는 식으로 패킷 전송을 수행하여 2개 이상의 독립된 세그먼트를 결합해서 하나의 네트
워크처럼 구성한다.
반면에, 라우터는 브리지와 마찬가지로 세그먼트 또는 두 네트워크 사이에서 네트
워크 계층 간의 패킷 중계 기능을 수행할 뿐만 아니라, 서브네트워크를 구성할 수 있
으며, 서브네트워크 내에서 주고받는 패킷은 서브네트워크 내에서 한정적으로 움직이
도록 제한하여 네트워크의 불필요한 트래픽을 제거해 준다. 또한, 패킷을 라우터 내에
있는 경로배정표를 이용하여 데이터가 지나갈 최적의 경로를 제공해 준다. 특히 라운
터 간 상호협력을 통해 현재 네트워크에 대한 정보를 얻으며, 문제가 발생한 부분이나
트래픽이 많은 부분을 피해 최적의 라우팅을 수행한다.
한편, 브라우터는 브리지나 라우터처럼 네트워크 상의 세그먼트 분리를 유지하면서
물리적으로 떨어진 네트워크를 연결한다. 라우팅 프로토콜에 따라 운반되는 TCP/IP
등의 라우티드(routed) 프로토콜에서의 데이터 전송에서는 라우터 기능을 수행하고,
그 외의 프로토콜에서는 브리지 기능을 수행한다. 브라우터는 브리지나 라우터에 비해
비용 및 효과 면에서 유리하며, 요즘에 라우터라고 하는 것은 대개 브라우터를 지칭한다.

마. 게이트웨이(Gateway)
게이트웨이(GW : GateWay)는 OSI 모델의 모든 계층에서도 연동 기능을 제공할
수 있기 때문에, 전혀 다른 구조를 가지고 있는 2개 이상의 통신망을 상호 접속하는데
사용되는 장비이다. 일반적으로 게이트웨이의 넓은 의미로는 LAN, PSDN, PSTN 등
의 통신망에서 2개 이상의 다른 종류 또는 같은 종류의 통신망을 상호 접속하여 통신
망 간 정보를 주고받을 수 있게 하는 기능 단위 또는 장치를 일컫는다. 좁은 의미로는
OSI 기본 참조 모델의 각 계층에서 프로토콜이 달라 호환성이 없는 복수의 통신망을
상호 접속하여 프로토콜의 변환을 수행하는 기능 단위 또는 장치를 말한다. 통신 프로
토콜이 같거나 유사한 통신망을 상호 접속하여 정보를 주고받는 브리지와는 달리, 게
이트웨이는 프로토콜이 다른 복수의 통신망 간에 프로토콜을 변환하여 정보를 주고받는다.
이에 따라 게이트웨이는 프로토콜 변환기라고도 말하며, LAN과 WAN을 접속하는 장치와 같이 다른 통신망을 상호 접속하는 기기를 지칭하는 경우도 있다. 또한, 컴퓨
터 네트워크에서 서로 다른 통신망과 프로토콜을 사용하는 네트워크 간의 통신을 가능
하게 하는 컴퓨터나 소프트웨어를 두루 일컫는 용어, 즉 다른 네트워크로 들어가는 입
구 역할을 하는 네트워크 포인트이다.

게이트웨이는 LAN이나 무선 LAN을 인터넷이나 PSDN 등에 연결할 때 사용되고
있다. [그림 4-64]는 게이트웨이를 이용하여 LAN과 WAN을 상호 연결한 것이며, 여
기서 (a)의 WAN은 X.25 패킷교환 방식이 적용된 PSDN이고, (b)의 WAN은 공중전
화망의 PSTN이다.
게이트웨이의 주요 기능으로는 메시지와 주소 및 프로토콜 변환 등으로서 상이한
프로토콜을 사용하는 네트워크 간을 상호 연동할 수 있는 장점이 있지만, 여러 계층에
서 프로토콜 변환기능을 수행하기 때문에 네트워크 내에서 병목현상을 일으키는 지점
이 될 수도 있다.
통신 코드 변환이나 프로토콜 변환 등의 처리를 하는 복잡한 처리기능을 가진 컴퓨
터를 게이트웨이 프로세서라고 부르기도 하며, 최근에는 게이트웨이가 프록시 서버
(proxy server)나 방화벽(firewall) 서버의 역할을 함께 수행하는 경우도 있다.