5. 정보 시스템 구축 관리 - IT 프로젝트 정보 시스템 구축 관리(네트워크 관련 신기술 ~ 경로 제어/트래픽 제어)

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5. 정보 시스템 구축 관리 - IT 프로젝트 정보 시스템 구축 관리(네트워크 관련 신기술 ~ 경로 제어/트래픽 제어)

캐티시 2022. 4. 16. 18:46

176. 네트워크 관련 신기술

1) 지능형 초연결망

: 4차 산업 혁명 시기의 새로운 변화에 따라 급격하게 증가하는 데이터 트래픽을 효과적으로 수용하기 위해 시행되는 정부 주관 사업

과학기술정보통신부 주관의 사업
국가 전체 망에 소프트웨어 정의 기술(SDE)를 적용하는 방법
네트워크 트래픽 증가를 가져오는 IoT, 클라우드, 빅데이터, 5G 등을 효율적으로 수용
기존의 초고속정보통신망-광대역통합망(BcN), 광대역융합망(UBcN)을 잇는 중장기 네트워크 발전 전략

- 소프트웨어 정의 기술(SDE, SDx; Software-Defined Everything)

: 네트워크, 데이터 센터 등에서 소유한 자원을 가상화하여 개별 사용자에게 제공하고, 중앙에서 통합적으로 제어하는 기술

소프트웨어 정의 네트워킹 (SDN; Software Defined Networking) : 네트워크를 컴퓨터처럼 모델링하여 여러 사용자가 소프트웨어를 통해 네트워킹을 가상화하여 제어, 관리할 수 있는 네트워크
- 네트워크 비용과 복잡성을 해결할 수 있는 기술
- 기존의 폐쇄형 하드웨어, 소프트웨어 기술을 개방형으로 변화
소프트웨어 정의 데이터 센터 (SDDC; Software Define Data Center) : 데이터 센터의 모든 자원을 가상화하여 인력의 개입 없이 소프트웨어 조작만으로 관리, 제어되는 데이터 센터
소프트웨어 정의 스토리지 (SDS; Software Defined Storage) : 물리적 데이터 스토리지를 가상화하여 여러 스토리지를 하나처럼, 또는 한 스토리지를 여러 스토리지로 나누어서 사용할 수 있는 기술

2) IoT(Internet on Things, 사물 인터넷)

: IT기술을 기반으로 실세계와 가상 세계의 다양한 사물들을 인터넷으로 연결하는 서비스 기반 기술

유비쿼터스 공간 : 언제 어디서나 네트워크에 접속할 수 있도록 환경과 사물 들이 컴퓨팅 기기를 통해 지능화
M2M 개념의 확장 : M2M 개념이 인터넷으로 확장되어 현실과 가상 세계의 모든 정보와 상호작용 가능
주요 기술 : 스마트 센싱, 유무선 통신 및 네트워크 인프라, 사물 인터넷 인터페이스, 사물 인터넷을 통한 서비스
개방형 아키텍처 기반의 서비스 : 정보 공유에 대한 부작용을 최소화 하기 위한 정보 보안 기술 필요

- IoT 관련 용어

사물 통신 (M2M; Machine to Machine) : 무선 통신을 이용한 기계 간의 통신
- 이용 서비스 : 변압기 원격 감시, 가스 원격 검침, 무선 신용카드 조회기, 무선 보안 단말기, etc.
메시 네트워크 (Mesh Network) : 수십-수천 개의 디바이스를 유기적으로 연결해 모든 구간을 동일하게 구성한 무선망
- 차세대 이동통신, 홈 네트워킹, 공공 안정 등 특수 목적을 위한 네트워크
와이선 (Wi-SUN) : 장거리 무선 통신을 필요로 하는 IoT 서비스를 위한 저전력 장거리 통신 기술
- 낮은 지연 속도, 메시 네트워크 기반의 확장성, 펌웨어 업그레이드 용이성 -> 짧은 시간 동안 데이터 전송이 빈번한 분야에 유용
초광대역(UWB; Utra WideBand) : 짧은 거리에서 대량의 디지털 데이터를 낮은 전력으로 전송하는 무선 기술 (무선 디지털 펄스)
- 땅 속이나 벽면 뒤로도 전송 가능 -> 재해 발생 시 전파 탐지를 통한 인명 구조 등 다양한 분야에서 사용
피코넷(PICONET) : 여러 독립된 통신 장치가 블루투스나 UWB 기술을 이용해 통신망을 형성하는 네트워크 기술
- 주로 수십 미터 이내의 좁은 공간에서 네트워크 형성
- 정지해 있거나 이동 중인 장치를 모두 포함
USN(Ubiquitous sensor Network) : 여러 센서를 통해 다양한 정보를 무선으로 수집할 수 있는 네트워크
- 필요한 모든 부분에 RFID 태그를 부착해 사물의 인식 정보와 환경 정보에 대한 데이터를 관리
자동 구성 네트워크 (Self Organizing Network) : 주변 상황에 맞추어 스스로 망을 구성하는 네트워크
- 사용자의 증감에 맞추어 자동으로 주변 셀과 협력을 통해 셀 용량을 변화시킴
- 문제 발생 시 자체적인 치유 가능
저전력 블루투스 기술 (BLE; Bluetooth Low Energy) : 연결되지 않은 대기 상태에서는 절전 모드를 유지하는 블루투스 기술
- 일반 블루투스와 동일하게 2.4GHz 주파수 대역 사용
- 주로 낮은 전력으로 저용량 데이터를 처리하는 극소형 IoT 서비스에 적합
근거리 무선 통신 (NFC; Near Field Communication) : 고주파(High Frequency)를 이용한 근거리 무선 통신 기술
- 아주 가까운 거리에서 양뱡향 통신을 지원하는 RFID 기술의 일종
- 간편 결제, 여행 정보 전송, 잠금 장치 등의 광범위한 범위에 사용

3) 클라우드 컴퓨팅 (Cloud Computing)

: 각종 컴퓨팅 자원을 중앙 컴퓨터에 두고 인터넷 기능을 갖는 단말기로 언제 어디서나 컴퓨터 작업을 수행할 수 있는 환경

중앙 컴퓨터 : 복수의 데이터 센터를 가상화 기술로 통합한 대형 데이터 센터, 각종 컴퓨팅 자원 보유
사용자는 통신 포트만 연결하면 업무 수행이 가능
VS 그리드 컴퓨팅
- 그리드 컴퓨팅 : 수많은 컴퓨터를 하나의 시스템 처럼 묶어 분산 처리하는 방식
- 클라우드 컴퓨팅 : 중앙의 대형 데이터 센터의 컴퓨팅 자원을 필요한 사용자들에게 빌려주는 방식

- 클라우드 컴퓨팅 관련 용어

모바일 클라우드 컴퓨팅 (MCC; Mobile Cloud Computing) : 소비자와 소비자의 파트너가 모바일 기기로 클라우드 컴퓨팅 인프라를 구성하는 방식
Inter-Cloud Computing : 여러 클라우드 서비스 제공자들이 클라우드 서비스나 자원을 연결하는 기술
- 대등 접속 (Peering) : 클라우드 서비스 제공자 간 직접 연계
- 연합 (Federation) : 자원 공유를 기본으로 사용 요구량에 따라 동적 할당을 지원하여 논리적으로 하나의 서비스를 제공하는 형태
- 중개 (Intermediary) : 서비스 제공자 간의 직간접적인 자원 연계, 단일 서비스 제공자를 통한 중개 서비스
PaaS-TA : 소프트웨어 개발 환경을 제공하기 위한 개방형 클라우드 컴퓨팅 플랫폼
- 과학기술정보통신부와 한국정보화진흥원이 연구개발을 지원
- 인프라 제어 및 관리 환경, 실행 환경, 개발 환경, 서비스 환경, 운영 환경으로 구성

4)기타 용어

- 모바일 컴퓨팅 (Mobile Computing) : 휴대 기기로 이동하며 자유롭게 네트워크에 접속하여 업무를 처리할 수 있는 환경

- NDN (Named Data Networking) : 컨텐츠 자체의 정보와 라우터 기능만으로 데이터를 전송하는 기술

컨텐츠 중심 네트워킹(CCN; Content Centric Networking)과 같은 개념
해시 테이블에 기반을 두는 P2P 시스템처럼 컨텐츠 정보와 라우터 기능만으로 목적지를 확정

- 차세대 통신망 (NGN; Next Generation Network) : ITU-T에서 개발하는 유선망 기반의 차세대 통신망

목표
- 이동통신에서 제공하는 완전한 이동성(Full Mobility)
- 하나의 망으로 모든 정보와 서비스를 패킷 압축하여 전송하는 것

- All-IP : 유선 전화망, 무선 망, 패킷 데이터 망 등의 기존의 모든 통신망을 IP 기반 망으로 통합한 네트워크

- WBAN (Wireless Body Area Network) : 웨어러블이나 이식 형태의 센서나 기기를 무선으로 연결하는 개인 영역 네트워킹 기술

- 지리 정보 시스템 (GIS; Geographic Information System) : 지리 자료를 수집, 저장, 분석, 출력하는 컴퓨터 응용 시스템

- Ad-hoc Network : 별도의 고정된 유선 망을 구출할 수 없는 장소에서 모바일 호스트만으로 구성한 네트워크

유선망과 기지국이 필요하지 않음
호스트의 이동에 제약이 없음
저 비용으로 빠른 망 구성이 가능

- 네트워크 슬라이싱 (Network Slicing) : 하나의 물리적 네트워크를 다수의 가상 네트워크로 분리하여 각 네트워크를 통해 고객 맞춤형 서비스를 제공하는 네트워크 기술

- 파장 분할 다중화 (WDM; Wavelength Division Multiplexing) : 서로 다른 여러 신호를 전송하여 여러 단말기가 동시에 통신 회선을 사용할 수 있도록 하는 기술

- 개방형 링크드 데이터 (LOD, Linked Open Data) : 누구나 사용할 수 있도록 웹 상에 공개된 연계 데이터

웹상에 존재하는 데이터를 개발 URI로 식별하고 각 URI에 링크 정보를 부여하여 상호 연결된 웹을 지향

- SSO (Single Sign-On) : 한 번의 로그인으로 가입한 모든 사이트를 이용하게 해주는 시스템

각 사이트마다 개인 정보를 일일이 기록하는 불편함 해소
기업 측면에서는 회원 통합 관리를 통해 마케팅 극대화 가능

- Smart Grid : 정보 기술을 전력에 접목하여 효율성을 높인 시스템 (전력 IT)

전력선을 기반으로 통신, 정보, 관련 애플리케이션 인프라를 하나의 시스템으로 통합하여 관리

177. 네트워크 설치 구조

: 통신망을 구성하는 요소들을 공간적으로 배치하는 방법

통신망 (Communication Network) : 정보를 전달하기 위해서 통신 규약에 의해 연결한 통신 설비의 집합

1) 네트워크 구조의 종류

1. 성형 (Star, 중앙 집중형)

: 중앙 컴퓨터를 중심으로 여러 단말 장치들이 연결되는 중앙 집중 방식의 네트워크 구성

포인트 투 포인트(Point-to-Point) 방식의 회선 연결
각 단말 장치들은 중앙 컴퓨터를 통해 데이터를 교환
단말 장치의 추가/제거가 쉬움
중앙 컴퓨터가 고장나면 전체 통신망 기능이 정지
교환 노드의 수가 가장 적음

2. 링형 (Ring, 루프형)

: 컴퓨터와 단말 장치들을 서로 이웃하는 것끼리 Point-to-Point로 연결해 만든 고리 형태의 네트워크 구성

분산 제어와 집중 제어가 모두 가능
단말 장치의 추가/제거와 기밀 보호가 어려움
각 단말 장치에서 전송 지연 발생 가능
중계기의 수가 많아짐
단뱡향/양방향으로 데이터 전송 가능
- 단방향 링의 경우 네트워크 내의 컴퓨터, 단말 장치, 회선 중 어느 하나라도 고장나면 전체 통신망 기능이 정지

3. 버스형 (Bus)

: 하나의 통신 회선에 여러 단말 장치가 연결되어 있는 네트워크 구조

물리적 구조가 간단함
단말 장치의 추가/제거가 쉬움
단말 장치가 고장나더라도 전체 통신망에 영향을 주지 않음 -> 신뢰성 증가
기밀 보장이 어려움
통신 회선 길이에 제한 존재

4. 계층형 (Tree, 분산형)

:중앙 컴퓨터와 일정 지역의 단말 장치까지는 하나의 통신 회선으로 연결하고, 이웃하는 단말장치는 일정 지역 내 중간 단말 장치로부터 연결하는 네트워크 구조

분산 처리 시스템의 네트워크 구성 방식

5. 망형 (Mesh)

: 모든 지점의 컴퓨터와 단말 장치를 서로 연결한 네트워크 구조

많은 단말 장치로부터 많은 양의 통신이 필요한 경우에 유리
보통 공중 데이터 통신망에 이용
통신 회선의 총 경로가 가장 김
통신 회선에 문제가 발생하면 경로를 달리하여 데이터 전송이 가능
네트워크 내 노드 n개를 망형으로 연결할 때
- 필요한 통신회선의 수는 최대 n(n-1)/2 개
- 노드별로 필요한 포트의 수는 최대 (n - 1) 개

2) 지리적 범위에 따른 네트워크 분류

- 근거리 통신망 (LAN; Local Area Network) : 비교적 가까운 거리의 자원을 연결하는 네트워크

주로 자원 공유를 목적으로 함
사이트 간 거리가 짧음 -> 데이터 전송 속도가 빠름, 에러 발생률이 낮음
주로 버스형, 링형 구조를 채택

- 광대역 통신망 (WAN; Wide Area Network) : 멀리 떨어진 사이트들을 연결하여 구성하는 네트워크

사이트 간 거리가 멈 -> 통신 속도가 느림, 에러 발생률이 높음
일정 지역 내 사이트들을 LAN으로 구성하고 LAN들을 연결하는 방식 사용

※ VLAN (Virtual LAN)

: 접속된 장비들의 성능 및 보안성 향상을 위해 LAN의 물리적 배치와 상관없이 논리적으로 LAN을 분리하는 기술

3) LAN 표준

1. IEEE 802의 주요 표준 규격

802.1 : 전체 구성, OSI 참조 모델과의 관계, 통신망 관리 등에 관한 규약
802.2 : 논리 제어 링크(LLC) 계층에 관한 규약
802.3 : CSMA/CD 방식의 매체 접근 제어 (MAC) 계층에 관한 규약
802.4 : 토큰 버스 방식의 MAC 계층에 관한 규약
802.5 : 토큰 링 방식의 MAC 계층에 관한 규약
802.6 : 도시형 통신망(MAN)에 관한 규약
802.9 : 종합 음성/데이터 네트워크에 관한 규약
802.11 : 무선 LAN에 관한 규약

2. 802.11의 버전

802.11 (초기 버전) : 2.4GHz 대역 전파와 CSMA/CA 기술을 사용해 최고 2Mbps 전송 속도를 지원
802.11a : 5GHz 대역 전파와 OFDM 기술을 사용해 최고 54Mbps 전송 속도를 지원
802.11b : 초기 버전의 대역 전파와 기술을 사용해 최고 11Mbps 전송 속도를 지원
802.11e : QoS 기능을 지원하기 위해 MAC 계층에 해당하는 부분 수정
802.11g : 2.4GHz 대역 전파를 사용해 최고 54Mbps 전송 속도를 지원
802.11n : 2.4GHz와 5GHz 대역 전파를 사용해 최고 600Mbps 전송 속도를 지원

※ CSMA/CD & CSMA/CA

CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access/Collision Detetion) : 이더넷 환경에서 충돌 탐지를 위한 기술
CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance) : 무선 LAN 환경에서 충돌 회피를 위한 기술

178. 스위치

: LAN과 LAN을 연결해 더 큰 LAN을 만드는 장치

- 프레임 전달 방식에 따른 스위칭 방식 분류

Store and Forwarding : 데이터를 모두 받은 후에 스위칭하는 방식
Cut-through : 데이터의 목적지 주소만을 확인하여 바로 스위칭하는 방식
Fragment Free : Store and Forwarding 방식과 Cut-through 방식의 장점을 결합한 스위칭 방식

- OSI 계층에 따른 스위치 분류

L2 스위치 : 2계층(데이터링크 계층)에 속하는 스위치 장비
- 일반적으로 부르는 스위치에 해당
- MAC주소를 기반으로 프레임 전송
- 동일 네트워크 간 연결만 가능
L3 스위치 : 3계층(네트워크 계층)에 속하는 스위치 장비
- 라우터 기능(경로 제어)이 추가된 L2 스위치
- IP 주소를 기반으로 패킷 전송
- 서로 다른 네트워크 간 연결 가능
L4 스위치 : 4계층(전송 계층)에 속하는 스위치 장비
- 로드밸런서 기능이 추가된 L3 스위치
- IP주소 및 TCP/UDP를 기반으로 로드밸런싱 기능 제공
L7 스위치 : 7계층(응용 계층)에 속하는 스위치 장비
- IP주소, TCP/UDP 포트 정보와 패킷 정보까지 참조하여 세밀한 로드밸런싱 기능 제공

1) 백본 스위치 (Backbone Switch)

: 여러 네트워크 간 연결 시 중추적 역할을 하는 백본 네트워크에서 스위칭 역할을 하는 장비

백본 스위치는 모든 패킷이 지나가는 네트워크의 중심에 배치
고성능의 백본 스위치를 통해 대규모 트래픽 처리
주로 L3 스위치를 사용

2) Hierarchical 3 Layer 모델

: 액세스, 디스트리뷰션, 코어의 세 계층을 통해 네트워크를 구성하는 모델

- 액세스 계층 (Access Layer) : 사용자가 네트워크에 접속할 때 최초로 연결되는 지점

사용자들로부터 오는 통신을 집약해 디스트리뷰션 계층으로 전송
장비의 성능이 낮아도 됨
사용자 수만큼의 포트 수를 가진 스위치 필요
주로 L2 스위치 사용

- 디스트리뷰션 계층 (Distribution Layer) : 액세스 계층의 장치들이 연결되는 지점

액세스 계층에서 오는 통신을 집약에 코어 계층으로 전송
LAN 간의 라우팅 기능 수행
주로 L3 스위치나 라우터 사용

- 코어 계층 (Core Layer) : 디스트리뷰션 계층에서 오는 통신을 집약해 인터넷에 연결하는 계층

전차 우편, 화상 회의, 인터넷 접속 등의 기능 수행
주로 백본 스위치 사용

179. 경로 제어 / 트래픽 제어

1) 경로 제어 (Routing)

: 송신 측과 수신 측 간의 전송 경로 중 최적 패킷 교환 경로를 결정하는 기능

최적 패킷 교환 경로 : 어느 한 경로에 데이터 양이 집중되는 것을 피하면서 최저 비용으로 최단 시간에 데이터를 전달할 수 있는 경로
경로 제어표 (Routing Table) : 라우터가 최적 패킷 교환 경로 탐색에 이용하는 테이블
- 다음 홉 주소, 메트릭, 목적지 주소를 저장
경로 제어 요소 : 성능 기준, 경로의 결정 시간과 장소, 정보 발생지, 경로 정보의 갱신 시간, etc.

- 경로 제어 프로토콜 (Routing Protocol)

: 효율적인 경로 제어를 위해 네트워크 정보를 생성, 교환, 제어하는 프로토콜

1. 내부 게이트웨이 프로토콜 (IGP; Internal Gateway Protocol)

: 하나의 자율 시스템 (AS) 내의 라우팅에 사용되는 프로토콜

자율 시스템 (Autonomous System) : 하나의 도메인에 속한 라우터들의 집합
RIP (Routing Information Protocol, 거리 벡터 라우팅 프로토콜)
- 최단 경로 탐색에 Bellman-Ford 알고리즘 사용
- 현재 가장 널리 사용되는 프로토콜
- 소규모 동종 네트워크(AS) 내에서 효율적인 방법
- 최대 홉(Hop) 수를 15개로 제한 -> 대규모 네트워크에서는 사용 불가
- 라우팅 정보를 30초마다 네트워크 내의 모든 라우터에게 알림
- 180초 이내에 라우팅 정보가 수신되지 않으면 해당 경로를 이상 상태로 간주

※ 홉 (Hop)

: 데이터가 목적지까지 전달되는 과정에서 거치는 네트워크 수

OSPF (Open Shortest Path First Protocol)
- 최단 경로 탐색에 다익스트라(Dijkstra) 알고리즘 사용
- RIP의 단점을 해결하여 새로운 기능을 지원하는 프로토콜
- 대규모 네트워크에서 많이 사용
- 라우팅 정보에 노드 간 거리 정보, 링크 상태 정보를 실시간으로 반영
- 라우팅 정보에 변화가 생길 경우에 변화된 정보만 네트워크 내 모든 라우터에게 알림
- 하나의 자율 시스템에서 동작

2. 외부 게이트웨이 프로토콜 (EGP; External Gateway Protocol)

: 자율 시스템 간, 즉 게이트웨이 간의 라우팅에 사용되는 프로토콜

3. BGP (Border Gateway Protocol)

: EGP의 단점을 보완하여 만들어진 자율 시스템 간 라우팅에 사용되는 프로토콜

초기의 BGP 라우터들이 연결될 때 전체 경로 제어표를 교환하고 이후부터는 변화된 정보만 교환

2) 트래픽 제어 (Traffic Control)

: 네트워크 보호, 성능 유지, 네트워크 자원의 효율적 이용을 위해 전송되는 패킷의 흐름과 양을 조절하는 기능

1. 흐름 제어 (Flow Control)

: 네트워크 내의 원활한 흐름을 위해 송신 측과 수신 측 사이에 전송되는 패킷의 양이나 속도를 규제하는 기능

송신 측과 수신 측의 처리 속도나 버퍼 크기의 차이로 생기는 수신 측 버퍼의 오버플로우를 방지
정지-대기 방식 (Stop-and-Wait) : 수신 측의 확인 신호(ACK)를 받은 후에 다음 패킷을 전송하는 방식
- 한 번에 하나의 패킷만 전송
슬라이딩 윈도우 (Sliding Window) : 확인 신호를 이용해 송신 데이터의 양을 조절하는 방식
- 확인 신호 없이 미리 정해진 패킷의 수만큼 연속적으로 전송
- 윈도우 크기 (Window Size) : 확인 신호 없이 보낼 수 있는 패킷의 최대치
- 상황에 따라 윈도우 크기를 변화하며 패킷을 전송

2. 폭주 제어 (Congestion Control. 혼잡 제어)

: 네트워크 내의 패킷 수를 조절하여 네트워크의 오버플로우를 방지하는 기능

느린 시작 (Slow Start) : 윈도우의 크기를 2배씩 지수적으로 증가시켜 초기에는 느리지만 갈수록 빨라짐
- 증가한 윈도우 크기가 임계 값이 도달하면 혼잡 회피 단계로 넘어감
혼잡 회피 (Congestion Avoidance) : 지수적 증가 값이 임계에 도달하면 혼잡으로 간주하여 윈도우 크기를 1씩 선형적으로 증가시킴

3. 교착 상태 (Dead Lock) 방지

: 교환기 내에 패킷을 저장하는 기억 공간이 꽉 차서 다음 패킷들이 기억 공간에 들어가기 위해 무한히 기다리는 현상(교착 상태)를 방지하는 기능

패킷이 같은 목적지를 갖지 않도록 할당
교착 상태 발생 시 교착 상태에 있는 단말 장치를 선택해 패킷 버퍼를 폐기함

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