네트워크 설계의 핵심: 커넥터, DHCP, NAT/NAPT의 역할

 

커넥터 - 케이블을 이어 주는 연결부

커넥터는 각 장치를 네트워크에 연결하기 위해 필수적인 케이블 연결부입니다. 커넥터의 모양이 맞지 않으면 장치를 네트워크에 연결할 수 없으므로, 올바른 커넥터 선택이 중요합니다. 이 글에서는 주요 커넥터의 종류와 그 특징을 살펴보겠습니다.

 

이더넷에서 사용되는 커넥터 규격
무선을 사용하지 않고 장치를 네트워크에 연결하기 위해서는 물리적인 연결이 필요합니다. 이 경우, 케이블과 함께 커넥터의 규격이나 형태가 중요합니다.
우선, RS-232C 케이블의 커넥터는 D-Sub 커넥터입니다. RS-232C에는 25개의 신호선이 있지만, 콘솔 연결이나 컴퓨터 간의 통신에서는 주로 9핀 D-Sub 커넥터가 사용됩니다.
이더넷 케이블에 표준으로 사용되는 커넥터는 RJ-45입니다. RJ-45는 전화용 모듈러 잭(RJ-9)과 형태가 비슷하지만, 4쌍의 트위스트 페어 케이블을 사용하므로 총 8개의 접점이 있습니다. 이 커넥터는 LAN 환경에서 광범위하게 사용되며, 안정적인 데이터 전송을 지원합니다.

 

광섬유 커넥터와 USB 커넥터
광섬유 커넥터의 종류로는 SC, LC, FC, ST, MU 등이 있으며, 이들은 광 신호를 주고받는 데 사용됩니다. 일반적인 네트워크 장비와는 다르게, 광섬유 커넥터는 광 신호를 전기 신호로 변환해야 하므로, SFP 트랜시버와 같은 장치가 필요합니다. 10 Gbps 이상의 고속 전송을 지원하는 스위치에는 SFP 포트가 장착되어 있습니다.
USB 커넥터는 스마트폰 충전뿐만 아니라, 장치 간의 데이터 통신을 위한 규격입니다. USB에는 1.1, 2.0 등의 규격과 함께 Type-A, Type-B, Type-C 등 다양한 커넥터 종류가 존재합니다. 이들 규격과 커넥터 종류는 반드시 연동되지 않으며, 규격에 따라 전송 속도와 용량이 달라집니다. USB 3.x라고 해서 모두 고속 및 대용량을 지원하는 것은 아니므로 주의가 필요합니다.

 

DHCP - IP 주소를 자동으로 할당하는 프로토콜

DHCP(Dynamic Host Configuration Protocol)는 LAN 내 장치에 IP 주소를 자동으로 할당하는 프로토콜입니다. DHCP 서버가 이 작업을 처리하는데, 일반적으로 라우터와 기본 게이트웨이가 이 역할을 맡습니다.

 

IP 주소 할당 과정
네트워크에 연결되는 각 장치의 IP 주소는 네트워크 관리자가 설정합니다. 인터넷에 접속하는 장치에는 글로벌 IP 주소를 설정하지만, LAN 내 장치에는 프라이빗 IP 주소를 임의로 할당하게 됩니다. IP 주소 설정은 각 장치의 설정 화면에서 수동으로 할 수 있지만, 이는 비효율적이고 실수가 발생하기 쉬우므로 DHCP를 이용하여 자동으로 할당합니다.
DHCP 서버는 클라이언트(컴퓨터나 네트워크 장치)의 요청에 따라 관리하는 IP 주소 중 적절한 것을 할당합니다. 클라이언트는 할당받은 정보로 자신의 설정 정보를 업데이트합니다. DHCP 서버는 라우터, 고성능 스위치, 리눅스 또는 윈도우 서버 등에서 구현할 수 있으며, DHCP 클라이언트 프로그램은 주요 운영 체제에 설치되어 있습니다.

 

IP 주소 자동 할당 절차
DHCP 서버가 IP 주소를 할당하는 절차는 다음과 같습니다. 먼저 클라이언트가 브로드캐스트로 DHCP 서버를 찾는 메시지를 보냅니다(DHCP Discover). DHCP 서버는 메시지를 받아 자신이 할당할 수 있다고 응답합니다(DHCP Offer). 이후 클라이언트는 응답한 DHCP 서버에 IP 주소를 요청하고(DHCP Request), 마지막으로 DHCP 서버가 필요한 정보를 발행합니다(DHCP Ack).

 

NAT/NAPT - IP 주소를 변환하는 기능

LAN 내부에서 사용하는 프라이빗 IP 주소는 인터넷에서 사용할 수 없는 주소입니다. LAN 내부의 컴퓨터가 인터넷에 액세스하려면 NAT(Network Address Translation) 또는 NAPT(Network Address Port Translation)를 사용하여 IP 주소를 변환해야 합니다.

 

글로벌 IP 주소를 사용하는 NAT
인터넷에 연결하려면 글로벌 IP 주소가 필요하지만, 일반적으로 LAN 내부 컴퓨터에는 프라이빗 IP 주소만 할당됩니다. 이 상태로는 인터넷에 접속할 수 없습니다. 이 문제를 해결하는 방법이 NAT입니다. NAT는 할당된 글로벌 IP 주소와 각 장치에 설정된 프라이빗 IP 주소 간의 변환표를 작성하여 작동합니다.
특정 프라이빗 IP 주소에서 인터넷으로 액세스 요청이 있으면 변환표를 사용하여 글로벌 IP 주소를 해당 통신에 할당합니다. 인터넷에서 할당받은 글로벌 IP 주소로 응답이 오면, 대응하는 프라이빗 IP 주소의 장치로 IP 주소를 변환하여 통신합니다.

 

TCP/UDP 포트 번호를 이용하는 NAPT
NAT에서는 사용할 수 있는 글로벌 IP 주소가 부족한 경우, 여러 장치에서 액세스하기 어렵습니다. 이를 해결하고 적은 수의 글로벌 IP 주소를 효율적으로 사용하는 기술이 NAPT입니다. NAPT는 IP 주소 변환표 외에 TCP/UDP의 출발지 포트 번호도 사용하여, 동일한 글로벌 IP 주소라도 프라이빗 IP 주소마다 다른 포트 번호를 할당합니다. 이렇게 하면 어떤 컴퓨터에서 보낸 요청인지, 어떤 컴퓨터에 대한 응답인지 구별할 수 있습니다.

커넥터, DHCP, NAT/NAPT는 네트워크 환경에서 필수적인 요소들입니다. 커넥터는 물리적인 연결을 담당하며, DHCP는 IP 주소를 자동으로 할당하여 네트워크 관리의 효율성을 높입니다. NAT와 NAPT는 프라이빗 IP 주소를 글로벌 IP 주소로 변환하여 인터넷 접속을 가능하게 합니다. 이러한 요소들을 이해하는 것은 네트워크 설계와 운영에 있어 매우 중요하며, 앞으로의 기술 발전에 따라 이들 기술의 역할은 더욱 중요해질 것입니다.