[네트워크] 5. Protocol과 네트워크 성능, Access Network 기술 정리

1. IoT Network

IoT에서는 스마트폰과 조금 다른 요구사항이 존재한다.

IoT장비는 스마트 미터기, 센서, 농업 센서, 위치 추적기 등이 있는데 이러한 기기는 배터리는 오래 사용하면서 많은 기기를 연결해야 한다.

따라서 Low Power + high Connectivity가 중요하다.

 

그래서 LoRa, Sigfox 같은 LPWAN(Low-Power Wide-Area Network) 기술들이 등장했고, 최근에는 5G에서도 IoT 기기를 위해 기능을 간소화한 5G RedCap(Reduced Capability) 기술이 활용되고 있다.

 

 

2. Protocol

네트워크에서 가장 중요한 개념 중 하나인 프로토콜은 통신하는 두 소프트웨어 모듈이 어떤 방식으로 메시지르 주고받을 것인지 정한 규칙으로

프로토콜을 이해하려면 딱 세단 어를 기억하면 쉽다.

Protocol = Format + Order + Action

 

(1) Format: 메시지가 어떤 형태인지

GET /users/123 HTTP/1.1
Host: example.com

 

(2) Order: 메시지를 어떤 순서로 주고받는지

Client → Request
Server → Response

 

(3) Action: 메시지를 받았을 때 무엇을 해야 하는지

GET /users/123
        ↓
Server
        ↓
123번 사용자 조회
        ↓
JSON Response

 

 

3. iOS 개발에서의 Protocol

iOS 개발을 하면 이미 수많은 네트워크 프로토콜을 사용하고 있다.

대표적으로 HTTP, HTTPS, TCP, UDP, IP, DNS, TLS, QUIC 등이 있다.

URLSession.shared.data(from: url)

예를 들어 우리가 많이 쓰는 이 함수를 호출했을 때는 여러 계층의 protocol들이 동작한다.

 

iOS App
 ↓
HTTP
 ↓
TCP 또는 QUIC
 ↓
IP
 ↓
Wi-Fi / Ethernet / Cellular

 

- HTTP (택배 포장 및 주문서)

역할: 무엇을 요청할지 다루는 응용 계층 (Application Layer)

비유: 선물 상자에 '이 제품을 하나 넣어달라(GET)'라는 요청서를 붙이고 포장하는 단계로 데이터의 형태(JSON, Image 등)와 어떤 목적의 요청인지를 정의함

 

- TCP or QUIC (안전한 우체부 vs 빠른 우체부)

역할: 데이터를 어떻게 주고받을지 결정하는 전송 계층(Transport Layer)

TCP: 누락되면 안 되는 일반 데이터 통신에 주로 쓰임

QUIC: TCP와 TLS(보안)을 묶어 접속 대기 시간을 줄인 형태로, 최신 HTTP/3의 핵심 프로토콜임

 

 

4. Protocol은 같은 계층끼리의 규칙이다.

Host A              Host B

Application  ←→  Application
Transport    ←→  Transport
Network      ←→  Network
Data Link    ←→  Data Link
Physical     ←→  Physical

같은 Layer에 존재하는 모듈끼리 논리적으로 protocol을 사용해 통신한다.

 

따라서

A의 Transport Layer
      ↕
B의 Application Layer

처럼 서로 다른 계층끼리 직접 프로토콜 통신한다고는 표현하지 않는다.

 

 

5. 네트워크 성능을 판단하는 핵심 지표

 

(1) Delay

데이터가 목적지까지 도착하는 데에 걸리는 시간

iPhone ───────────→ Server
          50ms

 

(2) Loss

중간에 packet이 사라지는 것

Packet 1 → 성공
Packet 2 →  X
Packet 3 → 성공

 

(3) Throughput

실제로 초당 얼마나 많은 데이터를 전달할 수 있는지

50 Mbps
100 Mbps
500 Mbps

 

(4) Jitter

Delay가 계속 변하는 정도로 평균 딜레이가 아주 나쁘지는 않더라도 밑의 예시처럼 너무 편차가 크다면 실시간 통신에서는 문제가 된다.

Packet 1 → 20ms
Packet 2 → 21ms
Packet 3 → 150ms
Packet 4 → 25ms

 

 

6. iOS 개발자가 알면 좋을 앱 종류별 중요한 네트워크 성능

앱	중요한 네트워크 요소
이메일	Loss 최소화
웹/API	Delay + Loss
Netflix/YouTube	Throughput
FaceTime	Delay + Jitter + Loss
음성통화	Delay + Jitter
온라인 게임	매우 낮은 Delay

 

예를 들어 이메일이 조금 늦게 도착하는 것은 괜찮지만 데이터가 중간에 사라지는 것은 절대 안 된다.

반대로 FaceTime에서는

A: "안녕"
       ↓ 2초 뒤
B: "안녕"

라고 나오면 대화 자체가 불가능하므로 낮은 latency가 중요하다.

 

 

7. RTT

Round Trip Time이라는 뜻으로

iPhone
   │
   │ Request
   ↓
Server
   │
   │ Response
   ↓
iPhone

이렇게 갔다가 돌아오는 데에 걸리는 시간이다.

 

iPhone → Server = 40ms
Server → iPhone = 40ms

RTT ≈ 80ms

 

이렇게 앱에서 요청한 서버 API 응답이 답답하게 느껴지는 것은 RTT와 서버 처리시간등이 모두 합쳐진 결과이다.

 

 

7. ISP와 NSP

ISP는 Internet Service Provider라는 뜻으로 사용자에게 인터넷 서비스를 판매하는 회사이다.

NSP는 Network Service Provider로 실제 network infrastructure를 제공하는 회사이다.

 

이 둘은 차이점이 있는데 한국에서는 ISP와 NSP가 같은 경우가 많다.

예를 들어: KT / SKT / LG U+ 등은 직접 망을 구축하면서 동시에 인터넷/통신 서비스도 판매한다.

하지만 다른 회사의 네트워크를 빌려 서비스를 제공하는 사업자도 있다.

예를 들어 LG 헬로비전 같은 알뜰폰 사업자는 Kt, SKT, LG U+과 같은 NSP들의 망을 임대해 이동통신 서비스를 제공하는 ISP이다.

 

 

8. Residential Access Network

이제 집에서 인터넷을 연결하는 방법을 조금 더 자세히 보자

대표적인 기술에는 xDSL, HFC, FTTx, 5G FWA

 

• xDSL

기존의 전화선을 이용하는 인터넷 기술로 전화선의 Twisted Pair Copper Wire를 이용한다.

집
 │
 │ 전화선
 │
CO (Central Office)

여기서 CO는 통신사의 지역 통신 시설이라고 생각하면 된다.

특히 ADSL에서는 집과 CO 사이 거리가 멀어지면 신호 품질이 떨어져 속도가 감소할 수 있다.

 

 

• HFC

Hybrid Fiber Coax라는 뜻으로 기존 Cable TV 네트워크를 활용한다.

통신사
 │
Fiber
 │
지역
 │
Coaxial Cable
 ├─ 집 A
 ├─ 집 B
 └─ 집 C

특징은 여러 가구가 coaxial cable의 네트워크 용량을  공유한다는 것이다.

따라서 사용자가 몰리면 속도가 떨어질 수 있다.

 

 

• FTTH와 FTTB

먼저 FTTH는 Fiber To The Home라는 뜻으로 말 그대로 광케이블을 집까지 연결해 매우 높은 속도를 제공할 수 있다.

통신사
  │
Fiber
  │
  집

 

 

FTTB는 Fiber To the Building라는 뜻으로 광케이블이 건물까지만 들어온다.

통신사
  │
Fiber
  │
아파트 건물
  │
Ethernet
  │
 각 집

국내 아파트에서는 이런 구조가 많이 사용된다.

그래서 우리가 흔히 말하는 광랜은 Fiber -> Building, Ethernet -> Home 형태인 경우가 많다.

 

 

9. AON vs PON

광통신에서도 사용자를 연결하는 방식이 AON과 PON으로 나뉜다.

 

먼저 AON(Active Optical Network)는 중간에 Ethernet Switch 같은 능동 장비를 사용한다.

OLT
 │
Switch
 ├─ ONU A
 ├─ ONU B
 └─ ONU C

장점: 사용자별 연결을 구성하기 좋고 대역폭 확보에 유리하다, OLT와 ONU 사이를 point-to-point로 연결하므로 속도 저하가 없다.

단점: 중간 장비에 전력이 필요하고 관리 비용이 증가한다.

 

다음으로 PON(Passive Optical Network)는 OLT에서 ONU들 사이에 Splitter를 사용하여 point-to-multipoint로 연결하는 구조이다.

           ┌─ ONU A
OLT ─ Splitter ─ ONU B
           └─ ONU C

Splitter는 별도의 전력이나 복잡한 소프트웨어가 필요 없는 수동 장비이다.

따라서 장점: 설치가 단순하고 유지비용이 낮다, splitter가 추가 전력이나 H/W, S/W가 필요없는 장점이 있다.

단점: 여러 사용자가 광 링크의 용량을 공유하므로 조건에 따라 사용자당 사용 가능한 대역폭이 달라질 수 있

 

 

10. 5G FWA(Fixed Wireless Access)

쉽게 말해 광케이블 대신 5G를 이용해 집이나 회사에 집이나 회사에 인터넷을 제공하는 방식이다.

 

기존의 유선 인터넷이 통신사 -> Fiber -> 집이라면

FWA는 5G 기지국 -> (무선) -> 집 형태로

배선을 새롭게 설치하기 어려운 지역에서 특히 유용하다.

 

 

11. OpenRoaming

OpenRoaming은 사용자가 일일이 Wi-Fi ID와 PW를 입력하지 않아도 신뢰된 인증정보를 이용해 지원되는 Wi-Fi 네트워크에 비교적 자연스럽게 연결될 수 있도록 하는 글로벌 Wi-Fi 로밍 생태계이다.

WBA(Wireless Broadband Alliance)가 주도하고 있다.

5G 사용 중
     ↓
지원되는 Wi-Fi 지역 진입
     ↓
인증
     ↓
Wi-Fi 연결

위처럼 사용자에게 네트워크 전환을 최대한 자연스럽게 제공하려는 기술이라고 이해하면 된다.

 

 

12. iOS 앱 개발자 관점에서 전체 흐름 연결하기

내가 만든 잎로그 iOS 앱에서 사용자가 로그인 버튼을 눌렀다고 생각해 보자

URLSession.shared.data(for: request)

위의 코드가 실행된다.

 

1) iPhone = Host

로그인 요청 데이터를 생성한다.

email
password

 

2) Wi-Fi/5G = Access Network

사용자의 iPhone이 인터넷으로 들어간다.

iPhone
 ↓
Wi-Fi / 5G

 

3) Edge Router

사용자의 Access Network에서 인터넷 Core Network로 진입한다.

Access Network
      ↓
Edge Router

 

4) Network Core

여러 Router가 IP Packet을 전달한다.

Router
 ↓
Router
 ↓
Router

 

5) Communication Link

Packet은 Fiber, Copper, Radio 등의 여러 물리적 링크를 지나가게 된다.

 

6) Server / Data Center

API 서버가 요청을 받는다.

POST /login

 

7) Protocol

HTTP/HTTPS가 메시지 Format, 메시지 Order, 받은 뒤의 Action을 정의한다.

 

8) Response

서버가 JSON을 반환한다.

{
    "accessToken": "abc123"
}

 

9) 다시 Network Core를 지나 iPhone으로 응답

Server
 ↓
Router
 ↓
Router
 ↓
Access Network
 ↓
iPhone

 

 

하나의 그림으로 표현하자면

                 Internet

┌──────── Network Edge ────────┐
│                              │
│    iPhone (Host)             │
│         │                    │
└─────────┼────────────────────┘
          │
          │ Wi-Fi / 5G
          ▼
      Access Network
          │
          ▼
      Edge Router
          │
          ▼
┌──────── Network Core ──────────────┐
│                                    │
│ Router ─ Router ─ Router ─ Router │
│                                    │
└────────────────┬───────────────────┘
                 │
                 ▼
          Data Center / CDN
                 │
                 ▼
              Server

 

 

 

개념	한 줄 정의	iOS 예시
Network Edge	데이터를 생성·소비하는 인터넷 가장자리	iPhone, API Server
Host	데이터를 생성하거나 소비하는 장비	사용자 iPhone
Access Network	Host가 인터넷에 처음 접속하는 망	Wi-Fi, LTE, 5G
Edge Router	Access Network와 Core의 경계 Router	통신사 진입 지점
Network Core	데이터를 목적지까지 전달하는 중심망	여러 Router
Router	IP Packet을 다음 네트워크로 전달	API packet 전달
Communication Link	장비 사이를 연결하는 물리적 통신 경로	Fiber, Radio
Bandwidth	Link의 전송 용량	500 Mbps 회선
Throughput	실제 end-to-end 전송 속도	앱 다운로드 200 Mbps
CDN	사용자 가까이 콘텐츠를 배치	이미지·영상 서버
Protocol	Format + Order + Action 규칙	HTTP, TCP, IP
Delay	데이터 전달 시간	API 응답 지연
Loss	Packet 손실	통신 불안정
Jitter	Delay의 변동	FaceTime 음성 끊김