정보통신기사, 정보통신학과, 통신직 등 정보통신일반 요점 정리 20. 통신망 하드웨어

20.  통신망 하드웨어

 

통신망을 구성하기 위해서는 여러 하드웨어 장비들이 필요하며, 이러한 하드웨어에는
네트워크 인터페이스 카드(NIC : Network Interface Card), 트랜시버(Transceiver), 허
브(Hub), 리피터(Repeater), 브리지(Bridge), 라우터(Router), 게이트웨이(Gateway),
모뎀(Modem), 디지털 서비스 유닛(DSU, Digital Service Unit), 채널 서비스 유닛
(CSU, Channel Service Unit), 다중화 장치(Multiplexer) 등이 있다. 통신망 하드웨어
장치들은 망을 구축하거나 네트워크에 컴퓨터 시스템을 연결할 때 사용되며, 장치에
따라서 컴퓨터 시스템에 내장되는 것도 있고 전송매체에 연결되는 것도 있으며, 네트
워크와 네트워크를 연결하기 위해서도 사용된다. 통신망 하드웨어를 이해하기 위해서
는 먼저 OSI 7 계층에 대해 알아야 한다. OSI(Open Systems Interconnection Reference
Model)은 국제표준화기구(ISO)에서 개발한 모델로, 컴퓨터 네트워크 프로토콜 디자
인과 통신을 계층으로 나누어 설명한 것이며, 일반적으로 OSI 7 계층(Layer)이라고
불린다. 여기에서는 간단히 언급하고 자세한 내용은 제3장 부분에서 다루고자 한다.

1계층은 물리계층(Physical Layer)이며, 물리적인 접속에 대한 정의가 포함되어 있
고 우리가 통상적으로 사용하는 이더넷(Ethernet) 기술이 여기에 해당한다. 2계층
은 데이터 링크 계층(Data Link Layer)이며, 데이터 전달 방법을 정의한 계층이다. 3
계층은 네트워크 계층(Network Layer)으로 TCP/IP(Transmission Control Protocol /
Internet Protocol)에서 IP 프로토콜에 해당하며, 모든 호스트들이 MAC(Media Access
Control) 주소와는 별도로 IP 주소를 이용하여 통신한다. 4계층은 전송 계층(Transport
Layer)이며, TCP/IP의 TCP 프로토콜에 해당한다. 4계층에서 비로서 정상적인 데이
터 전송이 가능하다. 5계층은 세션 계층(Session Layer), 6계층은 프레젠테이션 계층
(Presentation Layer), 7계층은 응용 계층(Application Layer)라고 불리며, TCP/IP에서
는 5∼7계층을 응용 계층이라고 한다.

가. 네트워크 인터페이스 카드(NIC : Network Interface Card)
컴퓨터 시스템을 통신망에 연결하기 위해 사용되는 장치로서, 네트워크 어댑터
(Network Adaptor), LAN 카드, 이더넷(Ethernet) 카드라고도 한다. NIC는 데이터를
입출력하거나 송수신, 저장하는 역할과 함께 통신 프로토콜을 처리하는 기능을 한다.

NIC는 속도별로 10Mbps와 100Mbps급으로 구분되나, 요즘은 10/100Mbps를 모두 지
원한다. 모든 NIC는 자신의 유일한 하드웨어 주소를 가지고 있는데, 이는 컴퓨터를
네트워크에 연결할 때, 네트워크 내의 유일한 물리주소(Physical Address)를 의미한다.
[그림 2-48]은 다양한 네트워크 인터페이스 카드의 모습을 나타낸다.

나. 트랜시버(Transceiver)
트랜시버는 송신기(transmitter)와 수신기(receiver)를 하나의 패키지에 합한 것을 말
하며, 아날로그나 디지털 신호를 송신하고 수신할 수 있다. 또한 트랜시버는 인터페
이스가 서로 다른 네트워크를 연결하는 장비를 말하며, 요즘에는 트랜시버의 기능이
네트워크 인터페이스 카드에 포함되어 있기도 하다. 트랜시버의 종류에는 광(Optical)
트랜시버, RF(Radio Frequency) 트랜시버 등이 있고 최근에는 고속 USB 트랜시버가
개발되어 각광을 받고 있다. 광 트랜시버는 광전송 시스템이나 대용량 라우터, 스위
치 등 광통신 장치에서 전기 신호를 광신호로 바꿔 광섬유를 매체로 송신하며 송신된
광 신호를 수신하여 다시 전기 신호로 바꿔주는 모듈을 말한다.

다. 허브(Hub)
허브는 네트워크에서 다수의 컴퓨터를 함께 연결하기 위한 중앙 분배장치를 의미하
며, 대부분의 근거리 통신망에서 사용되고 있는 하드웨어 장치이다. 허브는 수동식
허브와 능동식 허브로 구분되며, 수동식허브는 허브 자체 내에 어떠한 전자적 기능도
수행하지 않고 단지 컴퓨터를 네트워크에 연결해 주는 반면, 능동식 허브는 네트워크
연결뿐만 아니라 자체적인 신호 재생기능을 포함하고 있어 네트워크를 통해 들어오는
잡음과 왜곡을 제거할 수 있다. 또한 네트워크의 트래픽 정도에 따라 더미(Dummy)
허브와 스위칭(Switching) 허브로 나눌 수 있다. 더미허브는 [그림 2-50]과 같이 단말
기 5대가 10Mbps를 지원하는 허브에 연결되었을 경우, 전체 대역폭을 허브에 연결된
단말기의 개수로 나눈 2Mbps가 할당되므로 속도가 느려지게 된다. 반면 스위칭 허브
는 자체적으로 해당 단말기의 MAC(Media Access Control) 어드레스를 기억하고 있어
네트워크에 할당된 10Mbps를 모두 사용할 수 있으므로 속도가 빠르다.

 

라. 리피터(Repeater)
리피터는 재생기라고도 하며, 전자기 또는 광학 전송매체
상에서 신호를 수신하여 신호를 증폭한 후 다음 구간으로 재
전송하는 장치를 말한다. 전자기장 확산이나 케이블 손실
로 인한 신호 감쇠를 보상해주기 때문에 여러 대의 리피터들
을 이용하여 신호를 먼 거리까지 전달하는 것이 가능하다.
리피터는 주로 디지털 전송의 신호 재생을 위해 사용된다.

마. 브리지(Bridge)
매체를 공유하는 근거리 통신망에서 하나의 장비가 데이터를 보내고 있는 동안에 다
른 장비가 데이터를 보내면 충돌이 발생하게 된다. 네트워크에 장비들의 수가 늘어나
면, 충돌이 발생할 확률도 높아지게 되므로 통신 속도도 떨어지게 된다. 브리지는 네
트워크 또는 네트워크 내의 서로 분리된 영역에 존재하는 단말기들을 충돌 없이 상호
연결하기 위한 장치이다. 브리지는 네트워크의 확장을 위해서 OSI 7 계층 중 데이터
링크 계층의 프레임을 저장하고 전달하는 기능을 포함한다. 데이터 링크 계층의 기능
은 네트워크 연결 회선의 제어, 흐름제어 및 오류제어 등 네트워크의 연결 장치들 간의
데이터 전송제어 기능을 수행하는 계층이다. 리피터는 동일한 유형의 네트워크끼리
연결할 수 있지만, 브리지는 서로 다른 네트워크를 연결할 수 있는 것이 차이점이다.
현재에는 라우터(Router)가 브리지의 기능을 대신하기 때문에 거의 사용되지 않는다.

 

바. 스위치(Switch)
브리지와 유사하나 하드웨어로 데이터를 처리하므로 브리지에 비해 처리 속도가 빠
르다. 브리지는 보통 2~3개 정도의 연결 포트가 있고 각 포트는 동일한 속도를 갖는
반면 스위치는 수십~수백 개의 포트와 서로 다른 속도로 각 단말기를 연결하는 기능
을 제공한다. 또한 스위치는 데이터 링크 계층에서만 동작하는 것은 아니며, 스위치
에 라우팅 기능을 추가하여 네트워크 계층에서 동작하는 스위치도 있다. 이러한 스위
치는 L2, L3, L4, L7 스위치 등으로 구분하며 동작하는 계층에 따라 여러 가지형태가
존재한다. [그림 2-53]은 다양한 스위치 장비의 예를 보여주고 있다.

(1) L2 스위치
2계층인 데이터 링크 계층에서 동작하는 스위치로 대부분의 범용 스위치 장비가 여
기에 해당한다. 데이터 링크 계층의 프로토콜인 이더넷, 프레임 릴레이, ATM 등의
스위칭 기능을 수행한다.
(2) L3 스위치
3계층인 네트워크 계층에서 동작하는 스위치로 IP 주소나 IPX(Internet Packet
eXchange)를 이용한 스위칭 기능을 수행한다.
(3) L4 스위치
로드 밸런서(Load Balancer)라고도 하며, 4계층인 전송계층에서 동작하는 스위치로
여러 가지 특징이 있지만, 특히 [그림 2-54]와 같이 서버나 네트워크의 트래픽을 균
등하게 분배해주는 로드 밸런싱 기능을 제공한다.

(4) L7 스위치
TCP(Transmission Control Protocol) 포트 정보를 기반으로 주로 로드 밸런싱을 수
행하는 L4 스위치와 달리 OSI 참조 모델의 세션 계층과 응용 계층의 데이터까지 분석
하여 제어를 수행할 수 있다. 일반적으로 L4 스위치가 1,024번까지의 포트만을 인식
하는 데 비해 L7 스위치는 그 이외의 포트 번호에 대해서도 인식이 가능하다. 따라서
고정된 포트 번호를 사용하지 않고 동적으로 포트 번호를 바꾸는 바이러스와 같은 응
용 프로그램을 감지 할 수 있다.

사. 라우터(Router)
라우터는 서로 다른 유형의 네트워크를 상호 연결하는데 사용되는 장치이다. 라우
터를 이용하여 근거리 통신망들을 연결하고 광역망으로도 확장할 수 있다. 라우터는
OSI 7 계층 중 네트워크 계층에서 동작하는 장비로서 네트워크 계층에서 사용하는 IP
주소를 바탕으로 목적지까지의 경로를 검사하고 어떤 경로로 전달하는 것이 적절한지
결정한다. 경로가 결정되면 라우터는 한 네트워크에서 다른 네트워크로 패킷을 보낼
때, 데이터를 적당한 크기로 쪼갠 후 라우팅 테이블(Routing Table)을 참고해 최적의
경로로 최종 목적지까지 갈 수 있게 해준다. 즉, 네트워크의 트래픽을 살펴 가장 트
래픽이 적은 경로를 찾아 데이터를 목적지까지 전송하는 것이다. 라우터는 네트워크
의 일부 또는 특정 경로에 장애가 발생할 경우, 여분의 경로를 제공하며 대부분의 라
우터들은 네트워크 연결을 위한 통신 프로토콜을 인식한다. [그림 2-55]는 라우터의
경로 설정 기능을 개략적으로 표현한 것이다.

라우터에서의 경로 설정

라우터는 인터넷과 광대역통신망(WAN)을 구성할 때 매우 중요한 기본 장비이다.
브리지와 달리 OSI 7계층 중의 네트워크 계층에서 작동하기 때문에 똑같은 프로토콜
을 사용할 때만 라우터 사이에서 통신할 수 있다. 다시 말해, 라우터는 인터넷 프로
토콜인 IP 주소를 사용해 독립된 네트워크끼리 WAN으로 접속한 부분에서 데이터를
주고받을 수 있게 해준다. 이렇게 라우터는 서로 다른 네트워크를 연결하는 기능을
하므로 다양한 프로토콜에서 전송하는 패킷을 모두 받아들일 수 있다. 라우터의 기능
은 브리지와 매우 유사하지만 브리지는 목적지 컴퓨터와의 통신여부를 알 수 없는 반
면 라우터는 특정 컴퓨터가 현재 자신의 경로 설정 정보 또는 통신 여부를 알 수 있다
는 점에서 차이가 난다.

서로 다른 네트워크에서의 라우터의 역할

만약 자신이 사용하고 있는 컴퓨터에서 구글 웹사이트를 접속하기까지 몇 개의 라우
터를 거쳐야 할까? 윈도우의 명령 프롬프트를 실행시키고 [그림 2-57]과 같이 “tracert
www.google.com”을 입력하면 구글 웹사이트까지 몇 개의 라우터를 경유했는지 확인
할 수 있다. 경유되는 라우터의 종류와 개수는 일정하지 않으며, 라우팅 정보에 따라
경로는 조금씩 달라진다. 즉 라우터는 네트워크상에 서로 연결되어 있는 라우터끼리
정보를 주고받아 어느 라우터를 경유해야 목적지 까지 도달할 수 있는지를 결정한다.

아. 게이트웨이(Gateway)
일반적으로 게이트웨이는 2개 이상의 서로 다른 종류의 네트워크를 상호 접속하
여 정보를 주고받을 수 있게 하는 장비이다. 통신 프로토콜이 같거나 유사한 통신망
을 상호 접속하여 정보를 주고받는 브리지와 달리 게이트웨이는 프로토콜이 완전히
다른 통신망 간에 프로토콜을 변환하여 정보를 전달한다. 예를 들면, [그림 2-58]과
같이 근거리통신망(LAN)과 공중전화망(PSTN, Public Switched Telephone Network)
은 서로 다른 프로토콜을 사용하는데, 이들 네트워크를 연결할 경우에는 게이트웨이
가 필요하다.

네트워크에서의 게이트웨이