[네트워크] 인터넷이란 무엇인가?

인터넷

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인터넷의 구성요소

호스트와 종단시스템

구성요소 관점에서의 인터넷이란 전 세계의 수십억 개의 장치를 연결하는 네트워크다.

 

컴퓨터, 스마트폰, TV 등과 같이 인터넷을 사용하여 정보를 보내거나 받는 장치들, 즉 인터넷의 구성요소를 그림으로 그려보면 가장 가장자리에 위치한 장치들을 호스트(host), 또는 종단시스템(end system)이라고 칭한다.

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통신 링크와 패킷 스위치

이 종단시스템들은 통신 링크(communication link)와 패킷 스위치(packet switch)로로 연결된다.

통신 링크란 케이블과 같이 정보를 전달하는 물리매체이며, 패킷 스위치란 입/출력 통신링크로 연결되어 입력을 받고, 출력으로 받은 정보를 내보내는 역할을 한다. 대표적인 패킷 스위치는 라우터와 L2스위치가 있다.

 

https://dev-dx2d2y-log.tistory.com/181#%EC%8A%A4%EC%9C%84%EC%B9%98-1-1

[네트워크] 혼공네트 독서 #4 - 네트워크 장비, 허브와 스위치

L2스위치는 여기서 한 번 다뤘다.

 

각각의 링크들은 다양한 전송률(transmission rate)를 가진다. 이는 초당 얼마나 많은 비트를 전송할 수 있는지를 나타내며 단위는 bps다.

 

통신 링크의 종류로는 꼬임쌍선, 동축케이블, 광섬유, 지상 라디오 채널, 위성 라디오 채널 등이 있다.

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프로토콜

결국 종단 시스템과 패킷 스위치는 통신 링크를 통해 정보를 교환한다. 그리고 각 구성요소들은 ISP, 국가, 언어 등이 전부 다르기 때문에 정보를 교환하는 하나의 체계가 필요한데, 이것을 프로토콜(protocol)이라고 칭한다.

 

두 개 이상의 장치가 통신하고 있는 모든 상황에서는 프로토콜을 통해 상황을 제어한다.

프로토콜은 둘 이상의 통신 장치 간 교환되는 메시지 포맷, 순서, 송수신 및 특정이벤트에 따른 행동들을 정의한다.

즉, 네트워크 프로토콜은 두 개 이상의 장치가 통신하고 있는 상황에서, 특정 상황에서의 장치가 수행해야할 행동들을 나타낸다.

 

네트워크에서 가장 널리 알려진 TCP 프로토콜의 경우, 장치 간 메시지 전송에 대한 방법을 정의한다.

이 프로토콜을 통해 장치는 처음에 어떻게 접속되고, 서로의 연결을 확인하는지, 어떤 구조로 정보를 보내고, 어떤 구조로 정보를 받았음을 명시하는지 등을 나타내고, 만약 정보가 잘못 전송될 경우 어떤 프로토콜을 사용해 이를 검증하고, 정보를 재전송할 지 등을 정의한다.

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ISP

종단 시스템들은 ISP(Internet Service Provider)에 의해 인터넷에 접속한다.

우리 집에서 SK인터넷을 사용한다고하면, SK가 ISP가 되는 것이고, SK는 우리 집까지의 인터넷 회선을 제공하고, 나는 집에서 인터넷을 사용할 때 SK회선과 기지국을 이용해 인터넷에 접속하게 되는 것이다.

 

SK인터넷을 사용하는 사람과 KT인터넷을 사용하는 사람끼리 통신이 안되거나, 한국에 있는 사람과 미국에 있는 사람이 통신이 안되는 일은 없어야하므로 ISP들은 서로 연결된다.

 

문제는 전세계 엄청나게 많은 ISP들끼리 연결되는 것은 현실적으로 불가능하기 때문에 위와같은 계층 구조를 가지고 있다.

 

access ISP는 접속ISP를 뜻하며, 호스트는 가장 먼저 접속ISP를 통해 인터넷에 연결된다.

그렇다면 전세계 모든 access ISP들은 연결하는 하나의 거대한 ISP가 있다면? ISP끼리의 통신은 가능할 것이지만 거대한 ISP 구축은 현실적으로 어려울 것이다. 다만, 여러 개의 대규모 ISP가 등장하여 서로 경쟁 및 연결되는 구조를 가진다면 ISP 간 계층구조 연결이 가능해질 것이다. 이 대규모 ISP를 Tier 1 ISP라고 칭한다.

 

다만 모든 access ISP가 Tier 1 ISP와 연결되는 것 역시 비용도 많이들고 관리도 복잡해지기 때문에 Regional ISP가 설치되어 중간에서 정보를 교환하거나 Tier 1 ISP쪽으로 넘긴다. (Regional ISP가 없으면 access ISP와 Tier 1 ISP가 직접 연결되는 경우도 있다.)

 

하위ISP는 상위ISP와 연결되는 대신 일정비용을 상위ISP에 지불하며, Tier 1 ISP는 비용을 지불하지 않는다. 같은 계층에서의 ISP 간 연결을 피어링(peering)이라고하는데, 피어링에서는 비용이 지불되지 않는다.

 

이외에도 PoP(points of presence), 멀티홈, IXP(Internet eXchange point)를 가지고 있다.

PoP는 다른 ISP들과 연결되기 위해 위한 라우터 그룹이다. 이 라우터 그룹을 통해 다른 ISP들과 연결되며, access ISP는 PoP가 없다. 하위ISP는 상위ISP의 PoP에 연결되기 위해 자신의 라우터 중 하나를 PoP의 라우터에 연결되도록 할 수 있다.

 

멀티홈이란 하위ISP들이 2개 이상의 상위ISP로 연결되도록 선택할 수 있는 것이다. 상위ISP에서 장애가 발생했을 때 우회로를 세울 수 있다. 상위ISP가 없는 Tier 1 ISP에서는 사용할 수 없다.

 

IXP란 여러 ISP들이 서로 피어링 할 수 있는 곳이다. IXP가 없을 때 위의 그림에서 맨 왼쪽의 access ISP가 왼쪽에서 3번째 access ISP에게 정보를 보내려면 Tier 1 ISP - 왼쪽에서 첫 번째 Regional ISP - 목적지 access ISP로 이동해야했지만, IXP를 통해서 통신거리 및 비용이 감소된다. 추가로 거리가 줄기 때문에 전송지연 역시 줄일 수 있다.

 

마지막으로 컨텐츠 제공자 네트워크가 있다. 대표적인 예시가 구글로, 구글은 전세계의 자신의 사용자들이 기존 ISP 계층구조를 사용하다보니 경로 및 비용에서 손해가 발생했기 때문에 직접 네트워크를 구축했는데, 이와 같은 네트워크를 컨텐츠 제공자 네트워크라고 칭한다. 이를 통해 구글은 경로와 비용면에서 이득을 봤지만, 여전히 Tier 1 ISP와 연결되어야만 접속할 수 있는 경우도 있기 때문에 Tier 1 ISP와도 연결되며, 비용을 지불한다. 특징으로는 구글의 경우 구글 서버와 직접 연결되는 경우에만 데이터를 전달한다.

 

전세계에는 12개의 Tier 1 ISP로 구성되고 있으며, 수십만 개의 하위ISP로 구성되어 있다.

 

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서비스 측면에서의 인터넷

현대의 인터넷은 수많은 종단시스템이 정보를 교환한다. 네이버 지도를 사용한다고하면 네이버 서버에서 오는 지도데이터, 교통공사에서 오는 전철 도착정보 데이터, 버스정보시스템에서 오는 실시간 버스 도착 정보 데이터 등...

 

이렇게 수많은 종단시스템들이 정보를 교환하게되는 애플리케이션은 분산 애플리케이션(distributed application)이라고 칭한다. 따라서 인터넷은 이 분산 애플리케이션의 구동을 위한 인프라스트럭쳐적 관점에서 볼 수 있다. 사실 인프라스트럭쳐라는 말이 어렵지 그냥 기반시설, 기반구조 등으로 해석할 수 있다.

 

인터넷의 종단시스템은 종단시스템에서 수행되는 프로그램이 어떻게 다른 종단시스템에서 수행되는 특정 프로그램으로 데이터를 전달하도록 요구하는지를 명시하는데, 이를 소켓 인터페이스(socket interface)라고 칭한다. 소켓 인터페이스를 통해 송신 규칙이 정해지며, 이 규칙에 따라 인터넷을 통해 정보를 전달한다.

 

소켓 인터페이스에는 어떻게 정보를 전달할지(전송 프로토콜), IP주소, 포트번호 등이 들어있다. 컴퓨터에서는 운영체제가 인터넷에 데이터를 송신하기 때문에 "명시"라는 것은 OS에게 소켓 인터페이스를 명시한다는 것과 동일하다.

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접속 네트워크

네트워크를 통해 정보를 교환하는 주체는 종단시스템이고, 라우터 등은 단지 그 정보를 교환하는 역할만한다. 그래서 정보를 송수신할 때에는 라우터를 여러 개 거치게 되는데, 그중에서도 데이터를 송신하는 종단시스템과 목적지 종단시스템까지의 경로 중 첫 번째로 만나는 라우터(가장자리 라우터(edge router))까지의 네트워크를 접속 네트워크(access network)라고 칭한다.

 

반대로 가장자리 라우터와 가장자리 라우터 간의 여러 라우터들로의 연결은 네트워크 코어라고 칭한다.

접속 네트워크에는 여러 개의 종류가 있다.

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DSL(Digital Subscriber Line)

기존에 설치된 전화선을 이용해 인터넷을 사용한다. 기존 전화선을 사용하기 때문에 전화회사(telco)가 서비스를 제공하는 ISP가 된다.

 

PC 등 종단시스템은 유선으로 DSL모뎀과 연결되고, DSL모뎀은 전화선과 연결되며, 디지털신호를 전화신호용 고주파 신호로 변경하여 기존전화망에 데이터를 전송한다. 이 때, 기존 전화신호와 데이터를 구분하기 위하여 서로 다른 주파수 대역을 사용한다.

 

고속 다운스트림: 50kHz~ 1MHz, 중간속도 업스트림: 4~50 kHz, 전화: 0~4kHz 대역을 사용하며, 업스트림과 다운스트림 속도가 달라 비대칭이라고도한다.

 

전화회사는 이 신호를 받아서 DSLAM을 사용해 다시 전화신호와 디지털신호를 분리해 각각 전화망과 인터넷으로 보낸다. 가정에서는 스플리터라는 장치가 전화신호와 인터넷 데이터로 분리한다.

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케이블 인터넷 접속(cable Internet access)

DSL이 전화를 사용하면 케이블 인터넷 접속은 케이블 TV 인프라스트럭쳐를 활용한다.

 

마찬가지로 DSL모뎀과 DSLAM과 같이 주파수 대역에 따라 신호를 분리하거나, 인터넷을 케이블 TV 회선망에 전송될 수 있도록 신호를 바꾸는 장치가 필요한데, 케이블 모뎀이 DSL모뎀의 역할을, CMTS가 DSLAM의 역할을 담당한다. 또한 DSL과 같이 네트워크를 다운스트림, 업스트림 채널로 나누며, 보통 다운스트림에서의 전송률이 더 빠르다. (비대칭)

 

또다른 특징으로는 DSL은 전화선을 사용했기 때문에 집집마다 다른 전화선을 사용했다면, 케이블 인터넷 접속은 TV 회선을 사용하기 때문에 TV회선에서의 정보가 모든가정으로 공유된다. 즉, 모든 가정들이 같은 회선을 사용하기 때문에, 사람들이 몰리면 데이터 송수신 속도가 느려진다. 위 사진에서 광 노드와 수백 가구가 연결되어 있는데, 이 수백 가구들이 케이블을 공유한다.

 

광케이블과 동축케이블을 사용하기 때문에 HFC(Hybrid fiber coax)라고도 부른다. HFC가 DSL보다 좀 더 빠르다.

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FTTH(fiber to the home)

FTTH는 광섬유와 광신호를 사용한다. CO(중앙국)에서는 하나의 광섬유를 사용해 가정인근으로 정보를 전달하면, 광스플리터가 각 가정으로 광신호를 분리시킨다.

 

위에서 등장하는 ONT, OLT도 사실 DSL이나 HFC의 구조와 유사하다.

ONT(optical network terminator)는 광모뎀이다. 광신호를 네트워크에서 사용될 수 있는 신호로 변경한다. OLT (optical line terminator) 역시 광신호를 인터넷에 연결할 수 있게끔 신호를 바꾼다.

 

여기서 OLT가 접속하는 라우터는 텔코의 라우터다.

 

DSL은 느린 속도로 인해 사양되는 추세며, 요즘은 FTTH가 주된 통신망으로 사용 중이다. 다만 FTTH가 설치되지 않은 지역은 HFC를 사용 중이며, 신규 통신망은 FTTH를 중점적으로 사용 중이다.

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와이파이

무선LAN 기술에 사용된다. 기존에는 DSL모뎀이나, 케이블모뎀 등에 직접 유선으로 연결되어야했다면, 무선LAN은 종단시스템들이 유선으로 모뎀에 연결되지 않고도 인터넷에 접속할 수 있게한다.

 

사용자들은 유선 네트워크로 연결된 AP(access point)로 데이터를 송수신하고, AP는 정보를 유선네트워크로 다시 전송한다. AP의 접속네트워크는 주로 FTTH를 사용한다. FTTH가 지원되지 않으면 HFC를 사용한다.