[네트워크 상식] 컴퓨터네트워크 역사와 연구분야

 

 

[1] 개념 및 정의

컴퓨터네트워크(computer network)란 컴퓨터들 간에 정보 또는 데이터를 전달

하기 위해 컴퓨터들을 서로 연결한 것을 말하면서 동시에 그러한 연결에 대해

연구하는 분야를 일컫는 용어이다.

 

집이나 사무실의 PC들을 서로 연결하여 통신할 수 있는데 이렇게 한정된 지역의

컴퓨터들을 서로 연결하여 통신이 가능하도록 구성한 네트워크를 LAN(Local Area

Network) 또는 구내정보통신망이라고 한다. LAN의 특징은 하나의 동일한 관리

주체에 의해서 관리되는 네트워크라는 것이다.

기술적으로는 두 네트워크가 라우터(Router)라는 장치로 연결되어 있는 경우 두

네트워크는 서로 별개의 LAN이 된다.

그런데 통상적으로는 두 LAN을 관리하는 주체가 같고 두 네트워크의 연결에

개입된 설비 및 선로들도 같은 관리주체에 의해 관리되는 경우 일반적으로

이들을 하나의 LAN으로 지칭하기도 한다.

 

WAN(Wide Area Network)은 LAN에 대해 상대적인 개념의 의미로 광역통신망

이라고도 한다. LAN으로 연결하기에는 서로 너무 멀리 떨어진 지점 간을 연결

하거나 관리주체가 다른 LAN들을 연결하는데 이용된다.

WAN은 지리적으로 사적 소유권이 미칠 수 없는 영역을 점유해야 하는 문제가

있으므로 주로 통신망사업자가 서비스를 제공하게 된다.

 

인터넷(internet)은 세상에 존재하는 LAN들을 연결해 놓은 거대한 네트워크이다.

때문에 인터넷을 네트워크의 네트워크라고 부른다. 인터넷이라는 단어가 “사이의,

상호간의”라는 의미의 ‘inter~’라는 접두사와 ‘네트워크’를 의미하는 ‘net’이라는

단어의 합성어라는 사실을 생각하면 인터넷의 의미는 명확해진다.

 

두 개 이상의 컴퓨터 사이에 통신을 하기 위해서는 프로토콜(protocol)이 필요

하다. 프로토콜은 본래 외교용어로서 ‘의례, 의전’을 의미하는 단어인데, 정보

통신에서는 통신의 당사자들이 지켜야 할 약속으로서 ‘통신규약’이라고 부르기도

한다.

 

컴퓨터네트워크에서는 데이터를 패킷(packet)이라는 단위로 묶어서 보낸다.

패킷은 보통 헤더(header)와 페이로드(payload)로 이루어져 있다. 헤더에는

송신자 및 수신자의 주소, 에러 검출을 위한 정보 등 통신의 절차를 처리하기

위해 프로토콜이 요구하는 값들이 들어가고 페이로드에는 전달하고자 하는

데이터가 들어간다.

 

[2] 컴퓨터네트워크의 역사

1940년대에 발명된 컴퓨터는 1950년대에 상업용으로 생산되어 판매되었고,

1970년대에 들어서자 대학과 연구소에서는 여러 대의 컴퓨터들 사이에 정보

교환이 가능하도록 연결해야 한다는 필요성이 대두되었다. 현재 LAN을 구성

하는데 표준과 같이 여겨지는 프로토콜인 이더넷(ethernet)은 이런 배경하에

팰로앨토(palo alto)에 있는 제록스(xerox)라는 회사의 연구소에서 일하던

로버트 멧커프(Robert Metcalfe)에 의해서 만들어진 것이다. 이더넷은 1980년

DEC, 인텔 그리고 제록스의 세 회사에 의해서 표준이 완성되었다. 이더넷

외에도 LAN을 구성하는 프로토콜은 토큰링(token ring), FDDI(Fiber Distributed

Data Interface)등 다수가 존재하지만 현재는 이더넷이 실질적인 표준이 되었다.

한편 미국 국방부는 1969년에 패킷을 이용해 정보를 주고받는 ARPAnet이라는

프로젝트를 시작하였다. 이 프로젝트에는 미 국방부 뿐만 아니라 UCLA, 뉴욕

주립대학, 카네기 멜론대학, 스탠포드 대학, 하버드 대학 등 미국의 유명 대학

들이 참가하여 대규모 네트워크를 구축하게 되었다. 이 프로젝트로 만들어진

ARPAnet이 노드를 점차로 증가시키며 발전한 결과 현재의 인터넷이 되었다.

이 프로젝트에서 비롯된 TCP/IP라는 프로토콜이 현재의 인터넷의 표준 프로

토콜이 되었다.

 

1980년대에 들어서자 PC가 개발 보급되기 시작했다. 1980년대에는 가정 내에도

PC를 한 대 정도는 가지게 되었고 발전하는 시대의 요구에 따라 일반 가정에도

인터넷이 연결되었다. 인터넷에 세상의 대부분의 컴퓨터들이 연결되고 인터넷을

통해 전달되는 정보의 양이 증가하자 보안이 커다란 문제로 떠오르게 되고 이를

해결하기 위한 추가적인 프로토콜이 등장하게 되었다.

 

1990년대에는 컴퓨터에서 무선으로 인터넷에 접속하는 무선LAN 기술이 개발

되었다. 2000년대에 들어서자 휴대전화망과 스마트폰이 보편화되면서 모바일

기기의 인터넷 접속도 일반화되었다. 또한 사람이 네트워크에 연결하기 위해

사용하는 장치 뿐 아니라 카메라, 센서장치 등의 장비도 인터넷에 연결되어 동작

하는 일이 늘어나고 있어서 최근에는 ‘사물인터넷(internet of things)’이라는

분야가 주목받고 있다.

 

[3] 주요 연구개발 분야

1) 프로토콜

인터넷이 동작하기 위한 TCP/IP 프로토콜은 이미 표준화되어 사용되고 있지만

새로운 기능이 추가 되어야 할 필요가 있거나 보안상의 문제를 보완해야 한다

거나 또는 새로운 서비스가 제공될 필요가 있을 경우에는 프로토콜의 변경 또는

개발이 필수적이다. 나아가 연구자들은 자원을 더 효율적으로 활용해 전송능력을

증가시킬 수 있도록 프로토콜을 개선하는 방안을 끊임없이 연구한다.

같은 정보를 전달하더라도 네트워크를 통한 실제 전송 데이터의 양을 줄이는

방법, 동일한 전송매체를 여러 사용자가 공동으로 사용할 경우 충돌을 피하는

방법, 송신자 또는 수신자를 나타내는 주소체계의 개선, 네트워크의 상황에 따라

송신 속도를 적절히 조절하는 방법, 수신측에 에러를 검출하거나 수정할 수

있게 하는 알고리즘, 다양한 통신 품질에 대한 요구를 처리하는 방안, 원하는

전송경로를 지정하는 방법, 긴급한 메시지를 처리하는 방법, 네트워크의 장애에

대처하는 방법, 통신량이 과다한 경우 장치가 문제를 처리하는 방법 등에 대해

보다 효과적, 효율적인 방법을 연구하고 이를 프로토콜에 반영하여 실제 통신에

사용되도록 하는 것이다.

또한 프로토콜에 조그만 오류라도 있다면 통신과정에서 큰 문제가 발생할 수

있으므로 그 설계는 매우 신중하고 전문적인 지식에 의해 이루어져야 한다.

따라서 프로토콜의 설계 및 검증 방법도 중요한 연구대상이 되고 있다.

 

2) 라우팅

인터넷은 LAN들이 연결된 네트워크이다. 이때 LAN과 LAN들은 라우터로 연결

된다. 라우터에는 여러 개의 포트(port)가 있어서 여러 LAN과 연결될 수 있다.

또한 하나의LAN은 여러 개의 라우터를 통해 여러 개의 LAN과 연결될 수도

있다. 이 연결은 동네를 LAN으로 생각하고 도로를 전송선로로, 사거리 등의

갈림길을 라우터라고 생각하면 실제 도로망과 매우 유사하다. 결과적으로 세상에

존재하는 LAN들은 다양한 경로를 통해 서로 연결되어 있는 것이다. 따라서

인터넷에서 어떤 컴퓨터로부터 또 다른 컴퓨터로 통하는 길은 다양하며 복잡하다.

도로망에서 한 지점에서 다른 지점으로 이동하는 경로는 매우 다양하고 복잡한

것과 같다. 이런 상황에서 통신은 가장 효율적인 길을 찾아 주어야 한다.

라우터들은 자신에게 도착한 패킷의 목적지 주소를 보고 가장 적절한 포트로

전송해 준다. 전제는 네트워크의 모든 라우터들이 목적지에 이르는 길에 대한

현명한 판단을 할 수 있어야 한다는 것이다

그렇지 않다면 최악의 경우는 패킷이 네트워크 내에서 무한정 돌아다니는 일이

발생할 수 있다. 이런 일을 방지하고 라우팅이 효과적, 효율적으로 잘 이루어

지도록 하려면 라우터들이 길을 찾는 방법이 동일한 원칙으로 이루어져야 하며

라우터들 사이에 정보를 서로 주고받아야 하는 데 이를 가능하게 하는 것이

라우팅 알고리즘 및 라우팅 프로토콜이다. 라우팅 알고리즘이 정해지면 라우터들

간에 주고받아야 할 정보가 정해지므로 라우팅 프로토콜은 알고리즘에 의존하게

된다.

현재 라우팅 알고리즘은 크게 거리 벡터(distance-vector) 알고리즘과 링크 상태

(link-state) 알고리즘 두 종류로 나누어 볼 수 있다. 연구자들은 라우팅이 보다

신속하고 정확하게 이루어지게 하기 위한 알고리즘 개발 및 기존 라우팅

알고리즘의 개선에 초점을 맞추어 연구하고 있다.

 

3) 네트워크 설계

LAN을 구성하는 방법은 이론적으로는 매우 다양하다. 하지만 현재는 스위치

(switch) 또는 스위칭허브(switching hub)라는 장치와 연결하여 하나의 LAN에

속한 컴퓨터들 사이에 통신이 가능하도록 네트워크를 구성한다.

보통 하나의 기관 또는 회사의 컴퓨터들을 숫자나 기능 등을 생각해 볼 때

하나의 LAN으로 구성하는 것은 적절하지 않다. 어느 범위의 컴퓨터들을 하나의

LAN으로 연결할 것인지를 통신량과 업무의 특성 등을 파악하여 결정해야 한다.

이렇게 구성된 LAN들은 보통 백본망(backbone network)이라 불리는 망을 통해

서로 연결된다.

백본망의 구조를 어떻게 구현할 것인지도 네트워크 설계의 중요부분이다.

컴퓨터 네트워크가 업무에 매우 중요한 기능을 하는 경우에는 백본망을 이중화할

필요성도 대두된다. 네트워크는 그것을 사용하는 환경에 따라 천차만별의 특성을

나타내므로 하드웨어의 소유 및 분포 상황, 서비스의 종류 및 사용빈도, 사용자의

특성 등을 면밀히 고려하여 설계해야 한다. 또한 이때 사용할 스위치, 라우터 등

네트워크 장비들의 성능도 그에 맞게 선정하는 것도 중요한 기술 중 하나이다.

 

4) 고속 네트워크 기술

초기의 이더넷은 전송속도 10Mbps가 표준이었다. 하지만 네트워크를 통한

멀티미디어 서비스가 활성화되자 10Mbps의 속도는 금방 한계를 드러내고

말았다. 이에 따라 100Mbps의 속도를 가진 이더넷이 개발되어 사용자에게 제공

이 되었다. 이를 고속 이더넷(fast ethernet)이라고 부른다.

그러나 그 속도도 증가하는 대역폭의 요구를 수용하지 못해 이제는 1Gbps의

대역폭을 갖는 기가비트 이더넷(gigabit ethernet)이 사용자에게 제공되는 것이

일반적인 일이 되었으며 나아가 백본망 등에는 10Gbps 속도의 이더넷이 개발

되어 적용되고 있다. 현재 전송속도를 테라급까지 이더넷의 속도를 올리는 연구

가 진행되어 적용되고 있다. 망의 고속화 요구에 따라 라우터도 패킷을 고속으로

처리하는 능력이 필요하게 되어 이에 대한 연구개발이 활발하게 진행되어 적용

되고 있다. 하지만 근본적인 동작원리 상 라우터는 스위치에 비해 상대적으로

느리게 동작할 수 밖에 없다. 이에 따라 L3 스위치가 개발되어 고속의 처리가

요구되는 망에는 스위치가 라우터의 동작을 대체하는 경우가 일반적이 되고 있다.

라우팅 정보의 변화가 거의 없다면 스위치의 동작방식으로 라우팅을 하는 것이

속도 면에서 매우 유리하고 운용상의 문제도 거의 발생하지 않기 때문이다.

 

5) 스토리지 서버 및 네트워크 기술

스토리지란 데이터를 저장하는 보조기억장치를 말한다. 하드웨어의 관점에서 볼

때 전통적인 보조기억장치는 그 장치를 사용하는 컴퓨터에 직접 연결되고 그에

의해 제어되어 사용되는 것이 일반적이었다. 하지만 저장하는 데이터의 중요성이

증가하자 보안의 문제가 대두되고 이에 따라 고객에게 서비스를 서버와는 별도로

데이터를 저장하는 서버를 운영할 필요성이 생기게 되었다. 별도의 스토리지

서버는 고객에게 서비스를 제공하는 서버와 일반적인 TCP/IP 네트워크로 연결될

있고 특수한 스토리지 네트워크로 연결될 수도 있다. 이는 서비스를 위한 처리

와는 별도로 데이터를 저장하는 데 필요한처리를 수행하므로 처리 속도 면에서도

유리할 수 있는 해법이다. 또한 동일한 데이터를 요구하는 다수 개의 서버를

운영하는 경우 독립된 하나의 보조기억장치가 데이터 저장을 담당하는 것이 합리

적인 방법이라는 것도 스토리지 서버가 필요한 이유이다.

흔히 사용하는 스토리지 서버로는 NAS(Network-Attached Storage)가 있다.

NAS는 일반적인 TCP/IP 네트워크를 사용해 컴퓨터와 연결되며 NFS(Network

File System), CIFS(Common Internet File System) 또는 HTTP(Hyper Text Trasfer

Protocol) 등의 표준 프로토콜을 사용하여 저장기능을 제공하는 서버이다.

가격이 상대적으로 저렴하고 손쉽게 구성할 수 있는 장점이 있으나 속도가

제한된다는 단점이 있다.

SAN(Storage Area Network)은 기존의 인터넷 등과는 다른 스토리지만을 위한

별도의 전용 네트워크를 구성하여 스토리지 서버를 연결하는 방식이다.

이 방식은 광선로를 이용한 버스 방식 등으로 고속의 전송 속도를 구현할 수

있고 인터넷과 격리된 별도의 네트워크와 특수한 프로토콜을 이용하므로 뛰어난

보안성을 제공한다는 장점이 있다. 이 분야의 연구자들은 더욱 안전하고 신속

하게 저장 서비스를 제공할 수 있는 네트워크 구조와 프로토콜들을 연구한다.

 

6) 네트워크 운용관리 기술

사용하는 거의 모든 컴퓨터가 네트워크에 연결되면서 네트워크가 대형화되어

장애 발생의 가능성도 증가했을 뿐 아니라 장애 발생의 위치를 찾는 것도 쉽지

않게 되었다. 게다가 네트워크에 대한 업무의 의존도는 더욱 증가하여 장애를

신속하게 조치해야 할 필요성은 더 증가해 가고 있다. 하지만 복잡하고 대형화된

네트워크에서 장애 위치를 파악하기란 쉬운 일이 아니다.

네트워크 관리 시스템(NMS: Network Management System)이란 네트워크에 연결

된 장치의 상태를 감시(monitoring)하고 장애가 발생 시 신속하게 대처할 수

있도록 하는 시스템이다. NMS에서는 SNMP(Simple Network Management

Protocol), CMIP(Common Management Information Protocol) 그리고 RMON

(Remote Network MONitoring) 등의 프로토콜을 이용해 네트워크에 연결된

장치들의 상태를 원격으로 파악하고 재시작 등 필요한 조치들을 일부 원격에서

취할 수 있게 해 준다. 이 분야의 연구자들은 네트워크 관리와 관련된 프로토콜

을 개선하고 새로 개발되는 네트워크 장치에 적절한 관리 모듈을 구현해 넣는

작업과 네트워크 관리 시스템의 설계 등과 같은 주제를 연구한다.

참조문헌: 학문명백과(공학)