현대 네트워크 기초 이론 : 현대 네트워킹의 요소 -이더넷

참고도서 : 현대 네트워크 기초 이론

최종 업데이트 : 2024-03-26

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1.3 이더넷

이더넷 애플리케이션

이더넷은 대표적인 유선 네트워크 기술로, 최대 100Gbps의 높은 속도와 수km까지 지원하도록 발점함에 따라 서버와 대규모 데이터 저장장치에 사용하는 필수적인 기술이 됐다.

 

가정 내 이더넷

• 이더넷은 아직까지 거의 모든 가정용 네트워크 구성에 포함된다. 특히 전력선 통신 (PLC, Power Line Carrier) 과 이더넷 전원 장치(PoE, Power over Ethernet) 이 확장에 많은 기여를 했는데, 전력선 모뎀은 기존 전원선을 통신 채널로 사용해 전력 신호 위에 이더넷 패킷을 전송한다. PoE는 이더넷 데이터 이블로 전력을 공급한다.

사무실 내 이더넷

• 일반적인 사무실 환경에서 대부분의 데이터 트래픽은 모바일 장치를 지원하기 위해 와이파이로 전송되지만, 이더넷이 여전히 인기를 유지하는 이유는 고속으로 많은 장치를 지원하며 도청이 어려워 보안 측면에서 우수하기 때문이다. 따라서 와이파이와 이더넷의 조합이 가장 일반적인 아키텍처다.

기업 내 이더넷

• 이더넷의 큰 장점은 동일한 프로토콜과 서비스 품질, 보안 표준을 유지하며 거리와 속도 측면에서 네트워크 확장이 가능하다는 점인데 10Mbps-100Gbps까지 지원하는 다양한 케이블과 이더넷 하드웨어를 통해 멀리 떨어진 건물 사이에서도 쉽게 네트워크를 확장할 수 있다. 모든 하드웨어와 통신 소프트웨어가 동일한 표준을 따르기 때문에 속도와 제조사가 제각각인 장비를 조합하는 것은 어렵지 않다. 최대 100km 떨어진 이더넷 네트워크에 접속할 때에도 같은 프로토콜을 사용할 수 있다.

데이터 센터 이더넷

• 대량의 데이터를 처리하기 위해서는 매우 높은 전송 속도가 필요한데, 데이터 센터 네트워크에서도 이더넷이 가장 많이 사용된다. 전통적으로는 인피니밴드(Infiniband)와 광채널 등을 사용했으나 현재 이더넷은 최대 100Gbps까지 지원하기 때문에 기업 네트워크 전체를 이더넷 프로토콜만으로도 구현하는 방법도 많이 사용되고 있다.
• 일반적으로 먼저 함께 배치된 서버와 스토리지 장치 사이의 네트워크 infrastructure 구축에 고속 이더넷 광케이블과 스위치가 사용된다. 그리고 백플레인 이더넷을 사용하기도 하는데, 구리 케이블을 사용하여 아주 짧은 거리에서 100Gbps까지 전송할 수 있으므로 여러 서버 모듈이 단일 랙에 저장되는 블레이드서버에 적합한 기술이다.

광역 네트워킹 이더넷

• 이더넷은 T1 전용선, 동기식 디지털 계층(SDH, Synchronous Digital Hierarchy), 비동기 전송 방식(ATM, Asynchronous Transfer Mode) 등 다양한 광역 액세스 기술을 대체하고 있으며 캐리어 이더넷이라고 불리기도 한다.
• 전통적인 광역 네트워킹 이더넷과 비교했을 때 캐리어 이더넷이 속도 측면에서 훨씬 다양한 선택을 제공하고 이더넷 기술 중에 가장 빠르게 성장하고 있으며, 향후 핵심 기술이 될 것으로 전망된다.

 

기술 표준

IEEE 802 LAN 표준위원회의 802.3 그룹이 이더넷 LAN 표준을 맡고 있다.

 

이더넷 데이터 속도

이더넷 속도를 연대순으로 정리하면 아래와 같다.

 

1Gbps 이더넷

초기의 10Mbps 표준은 사무실 환경에서 사용하기 충분했으나 1990년대 초반 이후 LAN 트래픽이 늘어나자 더 높은 속도가 필요했다. 그 이유는 아래와 같다.

1. 다수의 중앙 집중식 서버에서 대량의 데이터를 읽어올 필요가 많아졌고, 서버 성능이 증가함에 따라 네트워크가 병목이 됐다. 

2. 대용량의 데이터 파일을 교환해야 했다. 소프트웨어 개발과 CAD 애플리케이션이 있다.

3. 기업에서 처리할 작업이 많아짐에 따라 다수의 LAN을 백본 네트워크로 연결한 구조가 등장했다.

 

 

10Gbps 이더넷

1Gbps 표준 규격이 나온지 얼마 지나지 않아 10Gbps 이더뎃이 필요해졌고 인트라넷과 인터넷 트래픽의 증가가 주된 이유였다.

• 네트워크 연결 개수의 증가
• 단말 연결 속도의 증가
• 고품질 동영상 등 많은 대역폭이 필요한 애플리케이션의 증가
• 웹/애플리케이션 호스팅 트래픽 증가

네트워크 관리자들은 초기에 대용량 스위치들 사이에 고속 로컬 백본을 제공하기 위해 10Gbps 이더넷을 사용했고, 대역폭의 수요가 증가함에 따라 서버팜, 백본, 캠퍼스규모 망 등 전체 네트워크에 설치되기 시작했다. ISP와 네트워크 사업자(NSP, Network Service Provider)는 10Gbps 이더넷 기술로 캐리어급 스위치와 라우터 사이의 초고속 링크를 매우 낮은 비용으로 생성할 수 있다.

캠퍼스 및 인터넷 접속 거점 (PoP, Points of Presence) 등 지리적으로 분산된 LAN 구간을 연결하는 MAN과 WAN 구성에도 사용된다.

 

100Gbps 이더넷

인터넷 연동노드, 고성능 컴퓨팅, 주문형 비디오 (VOD, Video On Demand) 전송을 지원하기 위해 10Gbps보다 높은 데이터 속도가 필요했고 속도가 서로 다른 네트워크와 단말의 요구사항을 고려해 새 표준에서는 두 종류의 속도가 필요했다.

 

촉진 요인

- 데이터 센터/인터넷 미디어 공급자 : 인터넷 미디어 콘텐츠 및 웹 애플리케이션의 성장

- 매트로 비디오/서비스 공급자 : 주문형 비디오는 10Gbps 이더넷/ 코어 네트워크의 개발을 주도하는 주 요인이다.

- 기업 LAN : 음성/비디오/데이터 융합과 통합 커뮤니케이션의 성장 > 하지만 아직까지 대부분의 기업은 1Gbps 혹은 1Gbps+10Gbps의 조합에 의존하고 있다.

- 인터넷 연동 노드 / ISP 코어 라우팅

 

• 일반적으로 블레이드 서버는 10Gbps 이더넷 스위치를 통해 다른 장비들과 연결되고, 스위치들은 대개 랙에 탑재되어 TOR (Top-Of-Rack) 스위치로 불린다. 이 용어는 실제로 랙 최상단의 위치하지 않아도 서버 액세스 스위치와 같은 의미로 통용되고 있다. 
• 매우 큰 데이터센터의 경우 수많은 렉을 10Gbps 스위치로 연결하는 것이 점차 어려워지기 때문에 늘어나는 트래픽 부하를 감당하기 위해 랙 간 연결과 NIC를 활용한 외부 연결을 처리할 10Gbps 이상의 스위치가 필요하다.

 

 

25/50Gbps 이더넷

25Gbps 물리 레인을 4개 사용하는 것이나 50Gbps를 2개 사용함으로써 100Gbps를 구현할 수 있다. 구글, MS등 주요 클라우드 사업자의 주도로 25Gbps 이더넷 컨소시엄이 만들어졌고 성능 향상과 NIC-ToR 스위치 간의 Gbps당 연결 비용 절감을 목적으로 하는 이더넷 규격을 지원하기 위한 목적이었다.

이 컨소시엄의 규격은 1레인 25Gbps 이더넷, 2레인 50Gbps 이더넷 링크 프로토콜을 규정함으로써 10Gbps 및 40Gbps 이더넷 링크보다 최대 2.5배의 고성능을 낼 수 있다.

400Gbps 이더넷

대역폭의 수요는 끝없이 늘어나고 있다. 아직 일정은 미정이지만 IEEE 에서는 400Gbps 이더넷 표준을 위해 여러 기술적 옵션을 검토 중이다.

 

2.5/5Gbps 이더넷

이더넷이 높은 데이터 속도에 대한 표준화가 진행된 반면, 낮은 데이터 속도의 표준화에 대해서도 니즈가 있었다. 상대적으로 낮은 속도의 기술은 MGBASE-T 라고 불리며 IEEE와 별도로 표준화를 주관하고 있다.

이 속도는 주로 IEEE 802.11ac 무선 트래픽을 유선 네트워크로 지원하기 위한 목적이다.  1Gbps 이상의 대역폭이 필요한 곳에서 사용되기 시작하는 3.2Gbps 와이파이 표준이다. 1Gbps 이더넷으로 감당할 수 없지만, 10Gbps까지는 필요 없다.

만약 해당 이더넷들이 1Gbps와 동일한 케이블을 사용할 수 있게 된다면 802.11ac 무선 규격을 지원하는 고성능 액세스 포인트에 맞는 속도를 개선하게 된다.