백본 네트워크 구조

코어 계층은 백본 네트워크 구조의 최상위 계층으로, 네트워크의 중심 고속도로 역할을 한다. 이 계층의 주요 목적은 가능한 한 빠르고 효율적으로 대용량 트래픽을 장거리 전송하는 것이다. 코어 계층은 일반적으로 분배 계층 스위치나 라우터에서 집계된 트래픽을 수용하며, 다른 지리적 위치의 코어 라우터 간 데이터를 전송한다.

이 계층의 설계는 최대한의 속도와 가용성에 초점을 맞춘다. 복잡한 패킷 필터링이나 라우팅 프로토콜 정책 기반 라우팅과 같은 처리는 코어에서 수행되지 않으며, 이는 하위 계층에서 담당한다. 대신 코어 장비는 최적화된 경로를 통해 패킷을 가능한 한 빠르게 포워딩하는 데 전념한다. 이를 위해 코어 네트워크는 일반적으로 메시 토폴로지나 부분 메시 형태로 구성되어 다중 경로와 장애 극복 능력을 제공한다.

코어 계층의 주요 특성은 다음과 같다.

이 계층은 서비스 제공자나 대형 기업 네트워크의 중앙 허브로서, 광역 네트워크의 성능과 안정성을 결정하는 핵심 기반이 된다.

분배 계층은 백본 네트워크의 계층적 구조에서 코어(Core) 계층과 접근(Access) 계층 사이에 위치하는 중간 계층이다. 이 계층의 주요 역할은 접근 계층에서 수집된 트래픽을 집계하고, 정책 기반의 제어를 적용한 후, 코어 계층으로 효율적으로 전달하는 것이다. 또한, 코어 계층으로부터 하향되는 트래픽을 적절한 접근 계층 세그먼트로 라우팅하는 일도 담당한다.

분배 계층의 핵심 기능은 라우팅과 트래픽 필터링이다. 이 계층의 장비는 일반적으로 고성능의 레이어 3 스위치 또는 라우터로 구성된다. 이들은 VLAN 간의 통신을 가능하게 하고, 액세스 제어 목록(ACL)을 활용하여 보안 정책을 적용하며, 서비스 품질(QoS) 설정을 통해 중요한 트래픽에 우선순위를 부여한다. 이를 통해 네트워크 성능을 최적화하고 불필요한 브로드캐스트 트래픽이 코어를 압도하는 것을 방지한다.

분배 계층의 설계는 네트워크의 확장성과 안정성을 결정하는 중요한 요소이다. 일반적으로 이중화 구성이 필수적이며, HSRP나 VRRP와 같은 프로토콜을 사용하여 게이트웨이의 고가용성을 보장한다. 또한, 코어 계층과의 연결은 고대역폭의 링크를 통해 이루어지며, 라우팅 요약을 수행하여 코어 라우팅 테이블의 크기를 최소화한다.

접근 계층은 네트워크 토폴로지에서 최종 사용자 장치가 네트워크에 연결되는 지점이다. 이 계층은 엔드 유저의 컴퓨터, IP 전화기, 무선 액세스 포인트, 프린터와 같은 호스트 장치를 수용한다. 접근 계층 스위치는 이러한 장치들을 물리적으로 연결하고, 패킷을 수신하여 상위의 분배 계층으로 전달하는 역할을 한다. 이 계층의 주요 목적은 사용자에게 네트워크 진입점을 제공하고, 트래픽을 집약하는 것이다.

접근 계층의 설계는 비용 효율성과 관리 편의성에 중점을 둔다. 이 계층에 배치되는 스위치는 일반적으로 포트 밀도가 높고 상대적으로 저렴한 2계층(L2) 장비가 사용된다. 주요 기능으로는 VLAN 할당, 포트 보안, 기본적인 트래픽 필터링 등이 있다. 무선 네트워크에서는 무선 LAN 컨트롤러(WLC)와 연동된 액세스 포인트가 접근 계층의 역할을 수행한다.

접근 계층의 구성은 다음과 같은 특징을 가진다.

접근 계층의 성능과 안정성은 최종 사용자의 체감 품질에 직접적인 영향을 미친다. 따라서 설계 시 충분한 포트 수, 적절한 업링크 대역폭, 그리고 간단한 장애 조치 메커니즘을 고려해야 한다. 현대 네트워크에서는 PoE(Power over Ethernet) 지원 스위치가 확산되어 액세스 포인트나 IP 카메라와 같은 장치에 전원과 데이터를 동시에 공급하는 경우가 많다.

라우터와 스위치는 백본 네트워크의 핵심적인 패킷 포워딩 장비이다. 이들은 서로 다른 네트워크 계층에서 작동하며, 백본 내에서 데이터의 효율적이고 정확한 경로 설정 및 전달을 담당한다.

라우터는 주로 OSI 모델의 3계층(네트워크 계층)에서 동작한다. 라우터의 주요 기능은 서로 다른 네트워크 세그먼트 또는 자율 시스템(AS) 간의 통신을 가능하게 하는 것이다. 라우터는 IP 주소를 기반으로 패킷의 최적 전송 경로를 결정하며, 라우팅 테이블과 BGP, OSPF와 같은 라우팅 프로토콜을 사용하여 경로 정보를 학습하고 교환한다. 백본 네트워크의 코어 및 분배 계층에서 라우터는 대규모 트래픽의 집약과 장거리 전송을 관리하는 중추적 역할을 수행한다.

반면, 스위치는 주로 2계층(데이터 링크 계층)에서 동작하며, 동일한 네트워크 내에서 장치들을 연결한다. 스위치는 프레임의 MAC 주소를 학습하여 특정 포트로만 트래픽을 전송함으로써 네트워크 세그먼트의 효율성을 높이고 충돌 도메인을 분리한다. 백본 네트워크에서는 고성능의 코어 스위치나 분배 계층 스위치가 사용되며, VLAN을 구성하거나 라우터와 결합된 L3 스위치 형태로도部署되어 내부 네트워크 라우팅 기능을 제공하기도 한다.

백본 네트워크에서 이 두 장비의 역할은 다음과 같이 구분될 수 있다.

현대의 백본 인프라에서는 고성능 라우터와 스위치의 경계가 모호해지는 경향이 있다. 많은 상용 장비는 멀티레이어 스위칭 기능을 통합하여 하나의 플랫폼에서 라우팅과 스위칭을 모두 처리한다. 또한, 소프트웨어 정의 네트워킹(SDN) 아키텍처 하에서는 이들의 제어 평면이 중앙 컨트롤러로 분리되어 유연한 네트워크 관리가 가능해졌다.

백본 네트워크의 물리적 연결을 실현하는 핵심 요소는 전송 매체이다. 이는 데이터가 장거리를 고속으로 이동할 수 있는 물리적 경로를 제공하며, 주로 광섬유 케이블이 사용된다. 광케이블은 유리 또는 플라스틱으로 된 가느다란 섬유 내부에서 빛의 펄스를 이용해 데이터를 전송한다. 이 방식은 구리선을 사용하는 전기적 신호 전송에 비해 훨씬 높은 대역폭, 더 먼 거리, 그리고 전자기 간섭에 강한 특성을 가진다.

백본 네트워크에서 사용되는 광케이블은 일반적으로 수십에서 수백 개의 개별 광섬유를 하나의 케이블 외피에 묶어 구성한다. 이를 통해 엄청난 양의 데이터를 병렬로 전송할 수 있다. 장거리 구간, 특히 해저를 가로지르는 해저 통신 케이블은 글로벌 인터넷 백본의 근간을 이룬다. 이러한 케이블은 중계기를 통해 신호를 증폭시키며 대륙 간 데이터 통신을 가능하게 한다.

광케이블의 성능을 극대화하기 위해 파장 분할 다중화(WDM) 기술이 광범위하게 적용된다. 특히 조밀 파장 분할 다중화(DWDM)는 단일 광섬유에 서로 다른 파장의 빛(채널)을 동시에 투과시켜 데이터 전송 용량을 기하급수적으로 증가시킨다. 최신 시스템은 단일 광섬유 하나로 초당 수 테라비트(Tbps) 이상의 데이터를 전송할 수 있다.

전송 매체의 선택과 배치는 백본 네트워크의 성능과 신뢰성을 직접적으로 결정한다. 주요 백본 경로는 장애에 대비하여 물리적으로 분리된 다중 경로로 구성되는 경우가 많다. 이는 한 경로에 사고가 발생하더라도 다른 경로를 통해 통신이 지속될 수 있도록 하기 위한 설계 원칙이다.

데이터 센터는 백본 네트워크의 핵심적인 물리적 허브 역할을 한다. 대규모 서버, 스토리지 시스템, 네트워크 장비를 집중적으로 호스팅하는 시설로, 콘텐츠 전송 네트워크(CDN) 제공자, 클라우드 컴퓨팅 서비스 업체, 대형 기업 및 인터넷 기업들이 운영한다. 데이터 센터는 고속 백본 네트워크에 직접 연결되어 지역적 또는 글로벌 트래픽의 집중과 분산 지점이 된다. 이곳에서 생성되거나 캐싱된 데이터는 백본을 통해 최종 사용자나 다른 데이터 센터로 효율적으로 전송된다. 데이터 센터 간의 직접 연결은 지연 시간을 최소화하고 대역폭을 확보하는 데 중요하다.

인터넷 교환점(IXP)은 서로 다른 인터넷 서비스 제공자(ISP) 및 네트워크 사업자들이 서로의 트래픽을 교환할 수 있도록 하는 중립적인 물리적 장소이다. IXP가 없으면, 서로 다른 ISP 네트워크 간의 트래픽은 제3의 상위 계층 ISP를 경유해야 하며, 이는 불필요한 경로와 비용을 발생시킨다. IXP는 참여자들이 피어링 협정을 통해 트래픽을 직접 교환하게 함으로써 경로를 최적화하고 전송 비용을 절감하며, 지역 내 네트워크 성능을 향상시킨다.

데이터 센터와 IXP는 밀접하게 연관되어 발전한다. 많은 현대적인 대형 데이터 센터는 주요 IXP와 동일한 시설 내에 위치하거나 직접 연결되는 경우가 많다. 이는 콘텐츠 제공자가 다양한 ISP 고객들에게 최단 경로와 최고의 성능으로 서비스를 제공할 수 있게 한다. 예를 들어, 글로벌 CDN 업체는 전 세계 주요 IXP 위치에 서버를 배치하여 콘텐츠를 최종 사용자에게 가깝게 위치시킨다.

이러한 인프라들은 글로벌 인터넷 백본을 구성하는 중요한 노드이며, 인터넷의 성능, 안정성 및 경제적 구조를 지탱하는 물리적 기반이 된다.

백본 네트워크에서 데이터 패킷의 최적 경로를 결정하고 교환 정보를 관리하는 핵심 메커니즘은 라우팅 프로토콜이다. 이 프로토콜들은 네트워크 토폴로지 변화에 동적으로 대응하며, 효율적이고 안정적인 통신 경로를 수립하는 역할을 한다. 백본 네트워크에서는 주로 BGP(Border Gateway Protocol)와 OSPF(Open Shortest Path First)가 상호 보완적으로 사용된다.

OSPF는 자율 시스템(AS) 내부에서 사용되는 내부 게이트웨이 프로토콜(IGP)의 대표적 예이다. 이 프로토콜은 링크 상태 알고리즘을 기반으로 하여, 네트워크 내 모든 라우터가 동일한 토폴로지 맵을 구성하고 최단 경로를 계산한다. OSPF는 빠른 수렴 시간, 계층적 영역(Area) 구분을 통한 확장성, VLSM(가변 길이 서브넷 마스크) 지원 등의 특징을 가진다. 따라서 대규모 기업 백본이나 서비스 제공자 네트워크의 내부 코어에서 널리 채택된다.

반면, BGP는 서로 다른 자율 시스템 간의 라우팅을 담당하는 외부 게이트웨이 프로토콜(EGP)이다. BGP는 경로 벡터 프로토콜로 분류되며, 최단 경로보다는 정책 기반의 경로 선택에 중점을 둔다. 이 프로토콜은 인터넷 백본의 근간을 이루며, 수만 개의 AS가 서로의 네트워크 도달 가능성 정보를 교환하는 데 사용된다. BGP의 안정성은 글로벌 인터넷 연결성의 핵심이다.

두 프로토콜의 주요 차이점과 적용 계층은 다음 표와 같다.

현대 백본 네트워크에서는 내부 네트워크의 효율적 라우팅을 위해 OSPF를 운영하면서, 외부 인터넷과의 연결은 BGP를 통해 관리하는 하이브리드 구조가 일반적이다. 또한 MPLS와 같은 기술과 결합되어 트래픽 엔지니어링과 더 빠른 전송을 지원하기도 한다.

DWDM은 단일 광섬유에 서로 다른 파장의 빛을 동시에 전송하여 하나의 물리적 링크로 수십에서 수백 개의 논리적 채널을 제공하는 기술이다. 각 채널은 독립적인 데이터 스트림을 운반할 수 있어 백본 네트워크의 대역폭을 극적으로 증가시킨다. 이 기술은 기존 광케이블 인프라를 교체하지 않고도 용량을 확장할 수 있어 경제적이며, 장거리 전송에 특히 효과적이다. DWDM 시스템은 광증폭기와 함께 사용되어 신호를 중계 없이 수천 킬로미터까지 전송할 수 있게 한다.

MPLS는 패킷 교환 네트워크에서 데이터를 효율적으로 전달하기 위해 고안된 프로토콜 독립적인 전송 메커니즘이다. 각 데이터 패킷에 고정 길이의 '라벨'을 붙여 전송 경로를 결정하는 라벨 스위칭 방식을 사용한다. 이는 기존의 IP 라우팅보다 빠른 전송과 트래픽 엔지니어링을 가능하게 한다. MPLS는 서비스 품질을 보장하고, VPN 서비스를 구성하며, 네트워크 장애 시 빠른 복구를 제공하는 데 핵심적인 역할을 한다.

두 기술은 백본 네트워크에서 상호 보완적으로 작동한다. DWDM은 물리적 계층에서 광대역의 '파이프라인'을 제공하는 반면, MPLS는 이 파이프라인 위에서 트래픽을 지능적으로 분류, 우선순위화 및 경로 지정한다. 현대 백본에서는 DWDM으로 구축된 고용량 광 링크 위에 MPLS 네트워크가 구축되어 다양한 서비스와 애플리케이션에 필요한 신뢰성과 효율성을 제공하는 구조가 일반적이다.

소프트웨어 정의 네트워킹(SDN)은 네트워크의 제어 평면(Control Plane)과 데이터 평면(Data Plane)을 분리하여 네트워크 관리와 운영 방식을 혁신하는 아키텍처이다. 전통적인 네트워크 장비에서는 패킷 전송을 결정하는 제어 로직과 실제 패킷을 포워딩하는 기능이 동일한 장치 내에 통합되어 있었다. SDN은 이 제어 로직을 중앙 집중식 SDN 컨트롤러라는 소프트웨어 엔터티로 추상화한다. 이 컨트롤러는 네트워크의 전반적인 토폴로지와 상태를 파악하고, 하부의 스위치나 라우터 같은 데이터 평면 장치들에게 흐름 규칙(Flow Rule)을 프로그래밍 방식으로 지시한다.

이러한 분리 아키텍처는 백본 네트워크 운영에 상당한 유연성과 자동화를 제공한다. 네트워크 관리자는 중앙 컨트롤러를 통해 전체 백본의 트래픽 흐름을 소프트웨어 기반 정책으로 글로벌하게 제어하고 최적화할 수 있다. 예를 들어, 특정 애플리케이션의 트래픽 우선순위를 변경하거나, 장애 발생 시 대체 경로를 실시간으로 프로그래밍하여 재설정하는 것이 가능해진다. 이는 장비별로 개별적인 명령줄 인터페이스(CLI)를 통해 구성해야 했던 기존 방식과 대비된다.

SDN의 구현을 가능하게 하는 핵심 프로토콜 중 하나는 OpenFlow이다. OpenFlow는 SDN 컨트롤러와 네트워크 스위치 간의 통신 표준을 정의하여, 컨트롤러가 스위치의 플로우 테이블을 원격으로 관리하고 구성할 수 있게 한다. 백본 네트워크에서 SDN과 OpenFlow를 도입하면 다음과 같은 이점을 얻을 수 있다.

결과적으로, SDN은 백본 네트워크를 정적이고 복잡한 하드웨어 중심의 인프라에서, 동적이고敏捷하며 소프트웨어로 정의되는 유연한 플랫폼으로 전환하는 핵심 동력이 되었다. 이는 클라우드 컴퓨팅, 빅데이터 처리, 5G 네트워크 슬라이싱과 같은 현대적 서비스 요구사항에 대응하는 데 필수적인 기술로 자리 잡았다.

고가용성은 백본 네트워크 설계의 핵심 원칙이다. 네트워크 서비스의 중단을 최소화하고 지속적인 운영을 보장하기 위해, 모든 주요 구성 요소와 경로는 이중화되어야 한다. 이는 단일 장애점을 제거하는 것을 목표로 한다. 예를 들어, 핵심 라우터는 이중 전원 공급 장치를 가지며, 중요한 링크는 물리적으로 분리된 다중 경로를 통해 구성된다. 이러한 설계는 한 구성 요소의 고장이 전체 네트워크의 마비로 이어지는 것을 방지한다.

이중화는 장비 수준과 경로 수준에서 모두 구현된다. 장비 수준에서는 핵심 스위치나 라우터를 이중으로 배치하여 한 대가 고장 나도 다른 한 대가 트래픽을 즉시 인계받도록 한다. 경로 수준에서는 두 지점을 연결하는 물리적 케이블 경로를 최소한 두 개 이상 구성하여, 한 경로에 장애가 발생하더라도 대체 경로를 통해 통신이 유지되도록 한다. OSPF나 BGP와 같은 라우팅 프로토콜은 이러한 대체 경로를 자동으로 탐지하고 트래픽을 재라우팅하는 역할을 수행한다.

고가용성을 달성하기 위한 구체적인 기술로는 HSRP나 VRRP와 같은 게이트웨이 이중화 프로토콜이 사용된다. 또한, 링크 애그리게이션 기술을 통해 여러 물리적 링크를 하나의 논리적 채널로 묶어 대역폭을 증가시키고 한 링크의 손실에도 연결이 유지되도록 한다. 데이터 센터 간의 백본 연결에서는 MPLS 트래픽 엔지니어링이나 SDN 기반의 중앙 제어를 활용하여 장애 복구 시간을 수십 밀리초 수준으로 단축하는 경우도 많다.

결과적으로, 고가용성과 이중화 설계는 백본 네트워크의 신뢰성과 복원력을 결정하는 근간이 된다. 이는 단순한 장비 증설이 아니라, 장애를 가정한 체계적인 설계와 운영 절차를 포함하는 종합적인 접근법이다.

백본 네트워크 설계의 핵심 원칙 중 하나는 확장성이다. 이는 네트워크의 트래픽 양, 연결된 사용자 또는 장치의 수, 서비스 범위가 증가하더라도 성능 저하 없이 유연하게 대응할 수 있는 능력을 의미한다. 확장성을 확보하기 위해서는 모듈화 설계가 필수적이다. 즉, 네트워크를 독립적인 모듈 또는 블록으로 구성하여, 특정 구간의 트래픽 증가나 새로운 서비스 도입 시 해당 모듈만을 업그레이드하거나 확장할 수 있게 한다. 이는 전체 네트워크를 재설계하지 않고도 점진적인 성장을 가능하게 한다.

대역폭 관리는 확장성과 직접적으로 연관된다. 백본 네트워크는 항상 현재와 미래의 트래픽 수요를 예측하고, 이를 수용할 수 있는 충분한 대역폭을 보유해야 한다. 이를 위해 트래픽 엔지니어링 기법이 활용된다. MPLS-TE나 SDN 기반의 중앙 집중식 제어를 통해 트래픽 흐름을 최적의 경로로 유도하여 링크의 포화 상태를 방지하고 대역폭을 효율적으로 활용한다. 또한, 대역폭 예측 도구와 모니터링 시스템을 통해 트래픽 패턴을 지속적으로 분석하고, 병목 현상을 사전에 식별한다.

대역폭 확장을 위한 물리적 전략은 주로 고속 전송 기술의 도입과 링크의 이중화 또는 번들링에 기반한다. 예를 들어, 100Gbps에서 400Gbps, 800Gbps로의 전환은 단일 광파이버 채널의 용량을 극적으로 증가시킨다. 또한, 링크 애그리게이션 기술을 사용하여 여러 개의 물리적 링크를 하나의 논리적 고대역폭 채널로 결합함으로써 유연하게 대역폭을 증설할 수 있다. 이러한 접근 방식은 네트워크의 용량을 필요에 따라 단계적으로, 경제적으로 확장할 수 있는 기반을 제공한다.

보안 고려사항은 백본 네트워크 설계와 운영에서 가장 중요한 원칙 중 하나이다. 백본은 네트워크 트래픽의 핵심 통로이기 때문에, 이곳에서 발생하는 보안 위협은 전체 네트워크 서비스의 가용성과 데이터 무결성에 치명적인 영향을 미칠 수 있다. 따라서 물리적 보안, 논리적 보안, 운영 보안을 포함한 다층적 방어 전략이 필수적으로 적용된다.

물리적 보안 측면에서는 데이터 센터와 주요 교환점(IXP)에 대한 무단 접근을 차단하는 것이 핵심이다. 이는 생체 인식 시스템, 보안 카메라, 출입 통제 구역 설정 등을 통해 구현된다. 논리적 보안은 네트워크 트래픽을 보호하는 데 중점을 둔다. 주요 조치로는 네트워크 세그먼트를 분리하고, 방화벽과 침입 탐지 시스템(IDS)/침입 방지 시스템(IPS)을 전략적 지점에 배치하며, 관리 트래픽을 위한 별도의 보안 채널(예: 아웃오브밴드 관리)을 구성하는 것이 포함된다.

운영 및 관리 보안도 동등하게 중요하다. 모든 네트워크 장비(라우터, 스위치)에 대한 강력한 인증 정책(예: 다중 인증, 역할 기반 접근 제어)을 적용하고, 구성 변경을 엄격히 관리 및 감사해야 한다. 또한 백본 네트워크는 분산 서비스 거부(DDoS) 공격에 대한 취약점을 가지고 있으므로, 트래픽 정상화 센터를 통한 공격 트래픽 필터링이나 BGP 라우팅 정보의 위변조를 방지하기 위한 RPKI 기반의 원천 인증 같은 고급 보안 프로토콜의 도입이 점차 표준화되고 있다.

기업 백본 네트워크는 단일 조직 내부에서 다양한 LAN(근거리 통신망) 세그먼트, 데이터 센터, 서버 팜, 그리고 사용자 접근 네트워크를 상호 연결하는 고속의 중추 네트워크이다. 주로 대규모 캠퍼스, 다층 건물, 또는 지리적으로 분산된 여러 사무실을 하나의 통합된 네트워크로 묶는 역할을 한다. 이 네트워크는 조직 내 데이터, 음성, 비디오 트래픽의 효율적인 흐름을 보장하며, 내부 인트라넷, ERP(전사적 자원 관리) 시스템, 파일 공유 서비스 등의 핵심 애플리케이션을 지원하는 기반이 된다.

기업 백본은 일반적으로 3계층 네트워크 모델에 따라 설계된다. 코어 계층은 여러 분배 계층 스위치를 초고속으로 연결하여 데이터 센터와 인터넷 게이트웨이 간의 패킷 포워딩을 담당한다. 분배 계층은 접근 계층 스위치에서 올라오는 트래픽을 집계하고, VLAN(가상 LAN) 간 라우팅, 보안 정책(예: ACL(접근 제어 목록)) 적용, 서비스 품질(QoS) 관리 등의 기능을 수행한다. 접근 계층은 최종 사용자 장치(PC, IP 전화기 등)를 네트워크에 연결하는 지점이다.

기업 백본 설계의 주요 목표는 다음과 같다.

전통적으로 기업 백본은 이더넷과 IP 라우팅을 기반으로 구축되었으나, 최근에는 가상화와 클라우드 컴퓨팅 도입으로 진화하고 있다. 소프트웨어 정의 네트워킹(SDN)과 오버레이 네트워크 기술을 활용하여 물리적 인프라 위에 논리적이고 유연한 백본을 구성하는 사례가 증가하고 있다. 이를 통해 데이터 센터와 퍼블릭 클라우드 서비스 간의 원활한 연결을 지원하고, 네트워크 운영의 자동화와 민첩성을 향상시킨다.

서비스 제공자 백본 네트워크는 인터넷 서비스 제공자(ISP)가 운영하는 광역 네트워크의 핵심을 구성한다. 이 네트워크는 ISP가 최종 사용자(가정, 기업)에게 제공하는 인터넷 접속 서비스를 가능하게 하는 기반 인프라이다. 주요 역할은 ISP의 다양한 접근 네트워크(예: FTTH, 케이블 모뎀, 이동통신망)에서 수집된 트래픽을 집중하고, 다른 ISP의 네트워크나 상위 계층의 트랜짓 ISP 네트워크와 연결하여 인터넷 전체로 트래픽을 전달하는 것이다.

물리적 구성은 고속 라우터와 스위치로 이루어지며, 광섬유 케이블을 통해 광역적으로 구축된다. 주요 데이터 센터와 인터넷 교환점(IXP)에 노드를 배치하여 효율적인 트래픽 교환과 피어링을 수행한다. 설계상의 주요 특징은 대규모 트래픽 처리와 높은 신뢰성에 중점을 둔다. 따라서 고가용성을 위해 장비와 경로의 이중화가 필수적이며, 대역폭 관리와 확장성을 체계적으로 고려한다.

운영 및 상호 연결 측면에서, 서비스 제공자 백본은 자율 시스템(AS)으로 운영된다. 다른 ISP 네트워크와의 연결은 BGP(경계 게이트웨이 프로토콜)를 통해 이루어지며, 이 프로토콜을 통해 최적의 경로를 선정하고 라우팅 정책을 수립한다. 연결 형태는 일반적으로 다음과 같이 구분된다.

이러한 네트워크는 지속적인 기술 진화의 대상이다. 전통적인 MPLS 기반 백본에서 소프트웨어 정의 네트워킹(SDN) 원리를 적용한 더 유연한 아키텍처로 전환되고 있으며, 백본 링크의 속도도 100G에서 400G, 800G 이더넷으로 빠르게 증가하는 추세이다.

글로벌 인터넷 백본은 전 세계의 대륙과 국가를 연결하는 초고속, 초대용량의 네트워크 인프라를 가리킨다. 이는 개별 서비스 제공자(ISP) 백본 네트워크들이 해저 광케이블, 위성 링크, 국제 데이터 센터와 교환점(IXP)을 통해 상호 연결되어 형성된 거대한 네트워크의 네트워크이다. 그 핵심 기능은 대륙 간 데이터 트래픽을 효율적으로 라우팅하고 전송하여 전 지구적 인터넷 연결성을 제공하는 것이다.

이 네트워크의 물리적 핵심은 수백만 킬로미터에 달하는 해저 광케이블 시스템이다. 이러한 케이블들은 대양 바닥에 설치되어 대륙 간 데이터 전송의 약 99%를 담당한다[3]. 주요 글로벌 통신사와 콘텐츠 제공업체(예: 구글, 메타, 아마존)는 자체 해저 케이블을 구축하거나 컨소시엄에 참여하여 대역폭을 확보하고 전송 지연 시간을 최소화한다. 주요 국제 데이터 센터와 교환점(IXP) 허브(예: AMS-IX 암스테르담, DE-CIX 프랑크푸르트, Equinix의 주요 시설)에서는 수많은 ISP와 네트워크가 BGP 프로토콜을 통해 서로의 트래픽을 교환한다.

글로벌 백본의 운영과 정책은 기술적 측면뿐만 아니라 지리정치적, 규제적 요소의 영향을 크게 받는다. 데이터 소버니티 법규, 국가별 인터넷 검열 정책, 그리고 주요 해저 케이블 착륙 지점에 대한 통제권은 네트워크 트래픽의 흐름과 복원력에 직접적인 영향을 미친다. 따라서 글로벌 인터넷 백본은 단일 주체가 소유하거나 통제할 수 없는, 분산적이고 상호의존적인 구조를 지닌다.

클라우드 컴퓨팅 환경의 요구에 맞춰 진화한 백본 네트워크 구조를 의미한다. 기존의 하드웨어 중심, 계층적이고 정적인 백본 설계에서 벗어나, 소프트웨어 정의 네트워킹과 가상화 기술을 기반으로 유연성과 자동화를 극대화하는 방향으로 발전했다. 이는 퍼블릭 클라우드 제공자, 대규모 데이터 센터 운영자, 그리고 진화하는 서비스 제공자 네트워크의 핵심 인프라가 되었다.

주요 특징으로는 마이크로서비스 아키텍처와 컨테이너 오케스트레이션 플랫폼(예: 쿠버네티스)과의 긴밀한 통합을 들 수 있다. 네트워크 기능이 소프트웨어로 정의되고(NFV), API를 통해 프로그램 가능해지며, 애플리케이션의 수요에 따라 네트워크 자원을 동적으로 할당하고 확장할 수 있다. 이는 전통적인 백본이 갖는 물리적 제약과 구성의 복잡성을 크게 줄인다.

운영 측면에서는 지능형 자동화와 관측 가능성이 강조된다. 중앙 집중식 컨트롤 플레인을 통해 네트워크 상태를 실시간으로 모니터링하고, 텔레메트리 데이터를 수집하여 AI/ML 기반의 분석과 예측 정책 적용, 장애 자동 복구 등을 수행한다. 결과적으로 서비스 배포 시간 단축, 운영 효율성 향상, 그리고 멀티 클라우드 환경 간의 원활한 연결성을 보장한다.

400G 이더넷과 800G 이더넷으로의 전환은 데이터 센터 간 트래픽, 클라우드 컴퓨팅, 5G 및 인공지능/머신러닝 워크로드의 폭발적 증가에 대응하기 위한 백본 네트워크의 핵심 발전 방향이다. 이는 단순한 속도 향상을 넘어서, 네트워크 아키텍처의 효율성과 경제성을 재정의하는 기술적 진화를 의미한다.

초고속 전환의 동력은 주로 대역폭 수요의 급증에서 비롯된다. 데이터 센터 간의 데이터 동기화, 스트리밍 서비스, 대규모 분산 컴퓨팅은 기존 100G 백본의 한계를 빠르게 드러냈다. 400G 기술은 4개의 100G 채널을 병렬로 묶는 방식을 통해 이를 해결했으며, 이후 등장한 800G는 더 높은 집적도와 새로운 변조 방식을 통해 단일 파이버 쌍 당 전송 용량을 극대화한다. 이 전환은 단위 비트 당 전력 소비와 공간 점유율을 낮추는 데 중요한 목표를 두고 진행된다.

이 기술 전환은 네트워크 장비와 전송 매체에 상당한 변화를 요구한다. 400G/800G 구현을 위해서는 고성능 ASIC, 고급 펄스 진폭 변조(PAM-4) 기술, 그리고 저손실 광케이블과 커넥터가 필수적이다. 특히, 데이터 센터 내부의 스파인-리프(Spine-Leaf) 아키텍처에서 스파인 스위치 간의 상호 연결은 이러한 초고속 이더넷의 주요 적용처가 된다. 표준화 기구인 이더넷 연합(Ethernet Alliance)과 IEEE는 관련 표준(예: IEEE 802.3bs, 802.3ck)을 지속적으로 발전시켜 호환성과 상호운용성을 보장한다.

앞으로의 트렌드는 800G의 본격적 상용화와 더불어 1.6T(1600G) 이더넷으로의 연구 개발로 이어진다. 또한, 소프트웨어 정의 네트워킹(SDN) 및 네트워크 가상화 기술과 결합되어, 이 고대역폭 인프라를 더 유연하고 지능적으로 제어하는 방향으로 발전할 것이다. 이는 궁극적으로 지연 시간을 최소화하고 예측 가능한 성능을 제공하는 차세대 백본의 기반을 마련한다.