인터넷이 서로 다른 네트워크를 연결하는 방법

오늘은 인터넷이 오늘날의 인터넷이 되게 한 가장 중요한 인터넷의 역할 (말이 반복되어 말장난 같네요), 즉 인터네트워킹에 대해 알아봅시다.

 

앞서 얘기한 비 호환성 문제에 대한 한 가지 매우 간단한 해결책은 모든 가능한 네트워킹 기술 쌍 사이에 "번역기"를 두는 것입니다. 예를 들어, 이더넷에 연결된 컴퓨터 A와 LTE에 연결된 컴퓨터 B 사이에 이더넷$\leftrightarrow$LTE 번역기를 두는 것입니다. 하지만 이렇게 했을 때 필요한 번역기의 수는, 호환되지 않는 네트워크 기술의 수를 $n$ 이라고 할 때 $n^2$에 비례합니다 (정확히는 $n(n-1)/2$). 이 때 $n$ 이 커지면 커질수록 (시간이 흐르면서 거역할 수 없는 흐름이지요) 1:1 번역기를 두는 비용은 그 숫자의 제곱에 비례해 늘어납니다. 또는 달리 말해 새로운 “네트워크” 기술 한 개가 등장할 때마다 새로 필요한 번역기는 대략 $n$ 개가 되는, 확장성(scalability)이 매우 부족한 해결책입니다.

 

번역은 하되 확장성 문제를 피할 수 있는 다른 대안은 공통 "언어"(네트워크 기술)를 하나 두는 것입니다. 그리고 한 네트워크에서 다른 네트워크로 넘어갈 때는 데이터를 이 공통의 언어로 번역하는 것입니다. 데이터를 넘겨받는 쪽에서는 공통 언어에서 자기 네트워크 기술로 번역하면 됩니다. 이러면 번역기의 개수는 “네트워크” 하나마다 1개씩이니까 모두 $n$ 개로 충분하고, 새로운 네트워크 기술이 등장하면 그 기술과 공통 언어 사이의 번역기 하나만 더 추가하면 되겠죠. 이런 공통의 언어가 바로 “네트워크 연결 프로토콜” (Inter-networking Protocol), 혹은 약자로, 그 유명한 IP 입니다. 어쩌다 우연히 그런 역할을 맡게 된 것이 아니라, IP는 애초부터 연구자들이 이렇게 호환되지 않는 네트워크들의 연결 문제를 풀기 위해서 설계한 프로토콜입니다. 

 

서로 호환되지 않는 두 가지 네트워크 기술 $x$와 $y$가 있다고 합시다. 이들이 데이터를 서로에게 넘겨주는 접점에 IP 라우터(router)라고 하는 특별한 장치를 둡니다. 한 네트워크 기술 $x$는 "IP 프로토콜이 정의한 형식"에 담긴 데이터를 $x$ 기술의 "프레임(frame)"에 실어 온 뒤 라우터에게 줍니다. ("네트워크" 기술들에서는 데이터가 담긴 메시지를 프레임이라고 부르며, IP 프로토콜이 정의한 형식은 IP 패킷 혹은 IP 데이터그램이라고 부릅니다). 라우터는 이 IP 데이터를 $x$ 네트워크 프레임에서 꺼낸 뒤 $y$ 기술이 사용하는 프레임에 넣어 $y$ 네트워크의 링크를 거쳐 다음 라우터로 전송합니다. 다음 라우터에서는 또 $y$ 네트워크 프레임에서 IP 데이터가 꺼내 또 다른 기술 $z$의 프레임에 넣어 한 단계 더 전진합니다. 이 과정을 몇 번이고 반복해서 나아가다 보면 (대략 최대 30번 이내입니다) IP 데이터그램은 목적지에 도달하게 됩니다. 

 

인터넷의 이 비호환 기술 극복 방법을 비유를 들어 설명해 보겠습니다. 시베리아 횡단 철도(Trans-Siberian Railway)라는 것이 있습니다. 그중 한 노선이 러시아 모스크바를 출발하여 몽골을 거쳐 중국 북경까지 옵니다. 문제는 러시아 및 몽골이 사용하는 기술은 광궤(broad-gauge)인 반면, 중국은 표준궤(standard-gauge)입니다. 즉 두 철로 사이의 간격이 다릅니다. 그러니 만일 러시아와 몽골을 거쳐 온 기차가 그대로 중국 쪽 철로에 진입하면 탈선입니다. 그 반대 방향도 마찬가지지요. 따라서 몽골-중국 국경에는 특이한 시설이 있습니다. 일단 러시아에서 온 기차는 이 시설 안으로 들어옵니다. 이 시설의 특이한 점은 바닥에 철로가 두 줄이 아니라 세 줄로 되어 있습니다 (네 줄이어도 상관은 없습니다만). 표준궤와 광궤가 함께 있는 것이죠. 광궤를 타고 들어온 기차의 객실들은 유압 크레인으로 들어 올려집니다. 그리고 광궤 바퀴 유닛들을 끌어내 버립니다. 그 다음에 대롱대롱 공중에 매달려 있는 (여러분이 타고 있지요) 객실 밑으로 표준궤 바퀴 유닛을 들여옵니다. 그러면 객실을 그 표준궤 바퀴 유닛 위에 올려놓습니다. 자, 이제 기차는 표준궤가 깔려 있는 중국 측 철로를 달릴 준비가 되었습니다. 인터넷을 검색하면 이 사실을 쉽게 확인할 수 있어요. 궤도 너비가 다른 국경에서는 어디나 이러한 시설이 필요합니다.

시베리아 횡단 철도의 바퀴 유닛 (bogie) 교환 (왼쪽); 우크라이나-슬로바키아 국경에 있는 bogie 교환을 위한 표준궤와 광궤 4 선로 배치 [출처: 유튜브, 위키피디아]

 

여기에서 국경의 이 특이한 시설은 IP 라우터와 비슷하다고 할 수 있습니다. 그리고 떼어내진 광궤 바퀴 유닛은 기술 $x$를, 그리고 표준궤 바퀴 유닛은 $x$와 호환성이 없는 기술 $y$와 비슷합니다. 그리고 이들을 갈아타는 객실은 IP 데이터와 같습니다.

 

 

이 방법을 통해 인터넷은 그 어떤 이종의 네트워크 기술도 연결해서 IP 데이터그램을 전달하며 한 홉 한 홉 앞으로 나아갈 수 있습니다. 위 그림에서 왜 인터넷이 네트워크-네트워크 연결 기술, 즉 인터네트워킹 기술이라 불리는지 알 수 있지요? 즉 IP에서 "I"자에 해당하는 내용입니다.