3. 데이터 전송 기초 3

1. 라우터 (Router): 네트워크 간 패킷 라우팅의 핵심

라우터의 기본 동작 원리

핵심 기능: LAN과 LAN을 연결하고 목적지에 따라 패킷을 처리
라우팅 과정: 여러 장치로 구성된 네트워크 세그먼트를 LAN으로 묶어 내부 패킷 처리 후 외부 LAN과 연결하여 상호 간 패킷 교환

라우터 패킷 처리 흐름
════════════════════════════════════════════

패킷 수신
   │
   ↓
헤더 분석 (목적지 IP 확인)
   │
   ↓
내부 LAN 대상인가?
   │
   ├─ YES → 내부 라우팅 (LAN 포트로 전달)
   │
   └─ NO  → 외부 라우팅 (WAN 포트로 전달)


라우터 구조
════════════════════════════════════════════

[LAN 포트] → 내부 네트워크 연결
[WAN 포트] → 외부 네트워크 연결


대규모 네트워크 연결
════════════════════════════════════════════

인접 라우터: 이더넷 케이블로 직접 연결
원거리 라우터: 전용선/ISP 회선 사용
└─ 인터넷 구조의 기반

라우터의 네트워크 계층 특성

프로토콜: TCP/IP 기반 동작
주소 체계: WAN에서는 글로벌 IP 주소 사용
엣지 라우터: 내부 LAN과 인터넷 경계에 설치하는 라우터

2. 액세스 포인트 (Access Point): 무선 연결의 허브

액세스 포인트의 역할과 특성

액세스 포인트 역할
════════════════════════════════════════════

[무선 장치들] )))))) [액세스 포인트 (L2 장치)] ──── [유선 네트워크]


광대역 라우터의 구성
════════════════════════════════════════════

광대역 라우터
   ├─ 라우터 기능 (L3 계층)
   └─ 액세스 포인트 (L2 계층)


무선 LAN 연결 모드
════════════════════════════════════════════

1. 인프라스트럭처 모드
   - AP를 통한 연결
   - 일반적인 WiFi 환경

2. 애드혹 모드
   - 장치 간 직접 연결
   - 컴퓨터-프린터 직접 연결 등

핵심 특징 분석

기능 정의: 허브에 해당하는 장치로, 무선 LAN 구축을 위해 여러 기기의 무선 연결을 모아서 네트워크에 연결
계층 구분: 액세스 포인트는 2계층 장치, 라우터는 3계층 장치
무선 LAN에서의 역할: L2 스위치에 해당하는 역할 수행

연결 방식별 특성

모드	특징	용도
인프라스트럭처 모드	액세스 포인트를 통한 연결	일반적인 WiFi 환경
애드혹 모드	장치 간 직접 무선 링크	컴퓨터-프린터 직접 연결 등

3. 허브와 스위치: 연결 장치의 진화

허브 (Hub): 기본 접속 장치

허브의 기능
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1. 다수 회선 정리 / 기기 접속 확보
2. 신호 증폭 (리피터 기능)
3. 캐스케이드 연결 (허브 간 연결)


현재 허브의 발전
════════════════════════════════════════════

전자회로/CPU 장착
   │
   ├─ 이더넷 프레임 해석
   │
   └─ 스위칭 허브 (실질적으로 스위치)

스위치의 계층별 분류와 현대적 발전

스위치 계층별 분류
════════════════════════════════════════════

L2 스위치 (데이터 링크 계층)
   ├─ MAC 주소 기반 프레임 스위칭
   └─ VLAN 지원, 세그먼트 분할

L3 스위치 (네트워크 계층)
   ├─ IP 기반 라우팅 (하드웨어 고속 처리)
   └─ 다수 포트 지원, 라우터 기능 통합

L4 스위치 (전송 계층)
   ├─ 포트/세션 기반 로드 밸런싱
   └─ TCP/UDP 헤더 분석, 트래픽 분산

L7 스위치 (애플리케이션 계층)
   ├─ HTTP/HTTPS 콘텐츠 분석
   └─ 고급 로드밸런싱, SSL 오프로딩

L4/L7 스위치: 현대 네트워크의 핵심

L4 스위치 (전송 계층 스위치)

기본 원리: TCP/UDP 포트 번호와 세션 정보를 분석하여 트래픽 분산
주요 기능:
- 로드 밸런싱 (Round Robin, Least Connection, Weighted 등)
- 세션 유지 (Session Persistence)
- Health Check를 통한 서버 상태 모니터링

L7 스위치 (애플리케이션 계층 스위치)

고급 기능: HTTP 헤더, 쿠키, URL 경로 등 애플리케이션 데이터 분석
실무 활용:
- 콘텐츠 기반 라우팅 (Content-based Routing)
- SSL/TLS 터미네이션 및 오프로딩
- 웹 애플리케이션 방화벽 (WAF) 기능 통합

L7 스위치 처리 흐름 예시
════════════════════════════════════════════════════════════════

클라이언트 → L7 스위치/로드밸런서
   │
   │ HTTP 요청 (URL: /api/users)
   │
   ↓
L7 스위치: URL 패턴 분석 (Content-based Routing)
   │
   └─→ API서버로 라우팅


클라이언트 → L7 스위치/로드밸런서
   │
   │ HTTP 요청 (URL: /images/logo.png)
   │
   ↓
L7 스위치: 정적 콘텐츠, 로드밸런싱 적용
   │
   └─→ 웹서버1로 전달


클라이언트 → L7 스위치/로드밸런서
   │
   │ HTTPS 요청
   │
   ↓
L7 스위치: SSL 터미네이션, 복호화 후 전달
   │
   └─→ 웹서버2로 HTTP 변환하여 전달

현대적 로드밸런서의 실전 활용

클라우드 환경에서의 로드밸런서 구성

클라우드 로드밸런서 계층 구조
════════════════════════════════════════════

[인터넷 - 사용자 요청]
   │
   ↓
[로드밸런서 계층]
   ├─ L7 로드밸런서 (ALB/CloudFront)
   └─ L4 로드밸런서 (NLB/ELB)
      │
      ↓
[애플리케이션 계층]
   ├─ 웹서버 풀
   ├─ API 서버 풀
   └─ 데이터베이스 클러스터
      ↑
      │
[모니터링 & 헬스체크] ←─ 각 계층 상태 감시

실제 구현 예시: Nginx 로드밸런서 설정

upstream backend_servers {
    # L4 로드밸런싱: 라운드 로빈
    server 192.168.1.10:8080 weight=3;
    server 192.168.1.11:8080 weight=2;
    server 192.168.1.12:8080 weight=1;

    # 헬스체크
    health_check interval=30s fails=3 passes=2;
}

server {
    listen 80;
    server_name example.com;

    # L7 콘텐츠 기반 라우팅
    location /api/ {
        proxy_pass http://api_servers;
        proxy_set_header Host $host;
    }

    location /static/ {
        proxy_pass http://static_servers;
        expires 1y;
    }

    location / {
        proxy_pass http://backend_servers;
        proxy_set_header X-Real-IP $remote_addr;
    }
}

4. 케이블과 커넥터: 물리적 연결의 기반

케이블 유형별 특성

케이블 분류
════════════════════════════════════════════

이더넷 LAN 케이블
   - 일반적 사용
   - 트위스트 페어

광섬유 케이블
   - 고속/장거리 전송
   - 10Gbps 이상 장비에 필수


전송 방식
════════════════════════════════════════════

직렬 케이블: 1bit씩 전송
병렬 케이블: 8bit/16bit 단위 전송


고속 네트워크
════════════════════════════════════════════

10Gbps 이상 장비
   └─ 광섬유 케이블 필수

커넥터 유형

이더넷 커넥터: 표준 LAN 연결
광섬유 커넥터: 고속 데이터 전송
USB 커넥터: 범용 연결
기타: 케이블 연결부의 물리적 인터페이스

5. 현대 네트워크 인프라 통합 구조

현대 네트워크 통합 구조
════════════════════════════════════════════════════════════════

[외부 네트워크]
   ├─ 인터넷
   └─ CDN/클라우드 서비스
      │
      ↓
[경계 및 보안 계층]
   ├─ 엣지 라우터
   ├─ 방화벽
   └─ L7 스위치/WAF (SSL 오프로딩)
      │
      ↓
[로드밸런싱 계층]
   ├─ L4 로드밸런서 (세션 기반 분산)
   └─ L7 로드밸런서 (콘텐츠 기반 라우팅)
      │
      ↓
[내부 네트워크]
   ├─ L3 스위치 (VLAN & 라우팅)
   ├─ L2 스위치 (세그먼트 연결)
   └─ 액세스 포인트 (무선 연결)
      │
      ↓
[서비스 계층]
   ├─ 웹서버 클러스터
   ├─ 애플리케이션 서버
   └─ 데이터베이스 클러스터
      ↑
      │
[모니터링 시스템] ←─ 각 계층 감시

현대적 네트워크 설계의 핵심 원칙

1. 다층 방어 구조

L4/L7 스위치를 통한 트래픽 분산과 보안 강화
DDoS 방어와 애플리케이션 레벨 보호

2. 확장성과 고가용성

로드밸런서를 통한 수평적 확장
Health Check와 자동 Failover

3. 성능 최적화

SSL 오프로딩을 통한 서버 부하 감소
콘텐츠 기반 라우팅으로 효율적 리소스 활용

로드밸런서 = 스위치의 소프트웨어 기능 중 하나

본질적으로는 모두 같은 일

패킷 처리의 본질
════════════════════════════════════════════

패킷이 들어옴
   │
   ↓
어디로 보낼지 결정
   │
   ↓
목적지로 전달


구현 방법만 다름
════════════════════════════════════════════

하드웨어 ASIC    → '스위치'
소프트웨어       → '로드밸런서'
클라우드 서비스  → 'managed LB'

실제로는 전부 같은 로직

L2 스위치: "MAC 주소 보고 → 포트 결정"
L3 스위치: "IP 주소 보고 → 다음 홉 결정"
L4 로드밸런서: "포트+IP 보고 → 서버 결정"
L7 로드밸런서: "HTTP 헤더 보고 → 서버 결정"

결국 다 동일한 패턴

패킷 분석 → 룰 매칭 → 목적지 결정 → 전달

차이는 단지 구현 방식

물리적 스위치 (하드웨어)

ASIC 칩에 룰 하드코딩 → 나노초 단위 처리

로드밸런서 (소프트웨어)

CPU에서 소프트웨어로 룰 처리 → 마이크로초 단위 처리

클라우드 로드밸런서

분산 시스템으로 룰 처리 → 네트워크 지연 + 처리시간

네트워크 장비의 본질
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공통 구성 요소:
   ├─ 패킷 라우팅 엔진
   ├─ 룰 매칭 알고리즘
   └─ 포워딩 테이블


구현체들 (이름만 다름):
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L2 스위치     → MAC 테이블
L3 스위치     → 라우팅 테이블
L4 로드밸런서 → 서버 풀
L7 로드밸런서 → 컨텐츠 룰

핵심 통찰:

로드밸런서 = 스위치에서 "서버 선택" 기능만 특화
WAF = 로드밸런서에서 "보안 필터링" 기능 추가
API 게이트웨이 = 로드밸런서에서 "API 관리" 기능 추가

실무에서 일어나는 일:

# Nginx 설정 파일
upstream backend {
    server 192.168.1.10;  # 스위치의 포트 테이블과 동일 로직
    server 192.168.1.11;
}

location /api {
    proxy_pass http://backend;  # L7 스위치와 동일한 패킷 전달
}

결론: 네트워킹 = 패킷을 "어디로 보낼지" 결정할뿐