컴퓨터 네트워크란?

컴퓨터 네트워크는 서로 연결된 컴퓨터들이 데이터를 주고받을 수 있도록 만들어진 구조를 의미합니다. 이것은 일반적으로 랜(LAN, Local Area Network)이나 와이파이를 사용하여 가까이 있는 컴퓨터들을 연결하는 작은 규모의 네트워크부터 전 세계적으로 연결된 인터넷과 같이 거대한 규모의 네트워크까지 다양한 규모로 구성될 수 있습니다.

한마디로 "여러 대의 컴퓨터와 기타 네트워크 장치들이 데이터를 공유할 수 있도록 상호 연결된 시스템"이라고 말할 수 있다.

목적

• 자원 공유: 네트워크를 통해 컴퓨터들 간에 프린터, 파일, 데이터베이스 등과 같은 자원들을 공유할 수 있습니다. 이렇게 함으로써 개별적으로 보유한 자원을 공유하고 효율적으로 활용할 수 있습니다.

• 데이터 통신: 네트워크는 컴퓨터들 간에 데이터를 주고받는데 사용됩니다. 이를 통해 이메일, 파일 전송, 채팅 등 다양한 형태의 데이터 통신이 가능합니다.

• 원격 접속: 네트워크를 이용하면 원격지의 컴퓨터에 접속하여 해당 컴퓨터를 제어하거나 데이터를 사용할 수 있습니다. 이는 원격 교육, 원격 지원, 서버 관리 등에 유용하게 활용됩니다.

• 인터넷 접속: 인터넷은 세계적으로 연결된 거대한 컴퓨터 네트워크입니다. 인터넷을 통해 전 세계적으로 정보를 검색하고 웹사이트에 접속할 수 있습니다.

네트워크를 구성하는 방식에는 여러 가지가 있으며, 각각의 방식은 특정 목적과 요구 사항에 맞게 선택되어 사용됩니다. 네트워크는 컴퓨터와 정보 기술 분야에서 중요한 역할을 하며 현대 사회에서는 거의 모든 기업과 개인이 네트워크에 연결되어 있습니다.

데이터 전달 방식

패킷 스위칭(Packet Switching):

패킷 스위칭은 데이터를 작은 단위인 패킷(packet)으로 나누어 전송하는 방식입니다. 데이터를 패킷으로 나누어 전송하고, 각 패킷은 독립적으로 최적의 경로를 통해 목적지로 전송됩니다. 이렇게 함으로써 여러 사용자가 네트워크를 동시에 사용할 수 있으며, 데이터 전송이 빠르고 효율적이라는 장점이 있습니다. 인터넷에서 주로 사용되는 방식이 패킷 스위칭입니다. TCP/IP 프로토콜을 기반으로 하는 인터넷은 패킷 스위칭을 사용하여 데이터를 전달합니다.

회로 스위칭(Circuit Switching):

회로 스위칭은 데이터를 전송하기 전에 두 장치 사이에 전용 경로(circuit)를 설정하는 방식입니다. 이러한 전용 경로는 데이터 전송 동안 계속 유지되며, 데이터가 전송되는 동안 다른 사용자가 해당 경로를 사용할 수 없습니다. 예를 들어, 전화 통화가 회로 스위칭 방식의 전형적인 예입니다. 회로 스위칭은 패킷 스위칭보다 데이터 전송에 있어서 신뢰성이 높지만, 자원 낭비가 발생할 수 있고 데이터 통신 중에 다른 요청을 처리하는 것이 어렵다는 단점이 있습니다.

최근에는?

현대 컴퓨터 네트워크에서는 대부분 패킷 스위칭 방식을 사용하여 데이터를 전달합니다. 인터넷과 같은 글로벌 네트워크에서는 다양한 네트워크 장치들이 패킷 스위칭을 통해 상호 연결되어 데이터를 주고받습니다. TCP/IP 프로토콜을 기반으로 한 패킷 스위칭은 전 세계적으로 데이터 통신에 가장 널리 사용되는 방식 중 하나입니다.

라우터와 스위치

라우터 (Router) L3

라우터는 둘 이상의 네트워크 간에 데이터를 전송하고 라우팅 결정을 내리는 장치입니다. 주로 다른 네트워크 간의 데이터 흐름을 제어하고 관리하는 역할을 합니다. 라우터는 IP 주소를 기반으로 패킷을 수신하여 해당 패킷을 목적지로 전달하기 위해 최적의 경로를 선택합니다. 이를 위해 라우터는 라우팅 테이블을 유지하고, 경로 선택 알고리즘을 사용하여 패킷의 최적 경로를 결정합니다.

기능

• 네트워크 간의 패킷 라우팅
• 패킷의 목적지까지 최적 경로 선택
• 네트워크 주소 변환(Network Address Translation, NAT)을 통한 사설 IP 주소와 공인 IP 주소 간의 변환
• 패킷 필터링을 통한 보안 기능 제공

스위치 (Switch) L2

스위치는 로컬 네트워크 내에서 데이터를 전송하고 연결하는 장치로, 네트워크 상에서 컴퓨터, 프린터, 서버 등의 장치들을 연결하여 데이터를 교환합니다. 스위치는 물리적인 주소인 MAC 주소를 사용하여 목적지 장치로 데이터를 전송합니다. 스위치는 특정 포트를 통해 수신된 데이터를 정확한 목적지 장치에게만 전달하며, 이로 인해 데이터 전송이 빠르고 효율적입니다.

기능

물리적인 포트를 사용하여 장치를 연결하고, MAC 주소를 기반으로 데이터를 전달
데이터 전송 시 충돌을 방지하기 위해 스위칭 방식을 사용하여 효율적으로 데이터 전송
네트워크의 대역폭을 공유하며, 각 포트별로 독립적인 데이터 전송이 가능
스위치 간에 트래픽을 분할하여 세그먼트화하여 네트워크 성능 향상

요약

요약하면,
라우터는 서로 다른 네트워크 간에 데이터를 전송하고 경로를 결정하는데 사용되며, 스위치는 로컬 네트워크 내에서 연결된 장치들 간에 데이터를 교환하고 전달하는데 사용됩니다. 이러한 두 장비는 현대 컴퓨터 네트워크에서 중요한 역할을 하며, 데이터의 효율적인 전송과 네트워크 성능 향상에 기여합니다.

프로토콜

프로토콜은 컴퓨터 네트워크에서 통신을 원활하게 하기 위해 정의된 규칙과 규약들의 모음입니다. 이는 데이터를 주고받는데 사용되는 표준화된 규약으로, 데이터의 형식, 전송 방법, 오류 검출 및 복구 등에 관련된 규칙들을 정의합니다. 프로토콜은 네트워크 장비와 컴퓨터가 서로 상호작용하고 데이터를 교환하는 방식을 표준화하여 원활한 통신을 가능하게 합니다.

프로토콜 스택

프로토콜 스택(Protocol Stack)은 프로토콜들의 계층적인 집합으로, 각 계층은 특정한 기능을 수행합니다. 프로토콜 스택은 일반적으로 OSI (Open Systems Interconnection) 7계층 모델 또는 TCP/IP 모델과 같은 다른 네트워크 모델에 따라 구성됩니다.

TCP/IP 프로토콜 스택

TCP/IP 프로토콜 스택은 다음과 같은 계층으로 구성됩니다.

• 응용 계층 (Application Layer)
  사용자에게 네트워크 서비스를 제공하는 계층으로, 이메일, 파일 전송, 웹 브라우징 등의 서비스가 이루어집니다. 주로 HTTP, SMTP, FTP, DNS 등의 프로토콜이 사용됩니다.

• 전송 계층 (Transport Layer)
  데이터를 호스트 간에 신뢰성 있게 전송하기 위한 계층으로, 연결 지향적인 TCP (Transmission Control Protocol)와 비연결성 프로토콜인 UDP (User Datagram Protocol)가 있습니다. TCP는 데이터의 정확성과 순서를 보장하며, UDP는 빠른 전송을 지향합니다.

• 인터넷 계층 (Internet Layer)
  네트워크 간의 데이터 라우팅을 담당하는 계층으로, IP (Internet Protocol)가 주로 사용됩니다. IP는 데이터 패킷의 주소 지정과 경로 선택을 수행합니다.

• 네트워크 접근 계층 (Network Access Layer) 또는 링크 계층 (Link Layer):
  물리적인 네트워크에 직접 접근하는 계층으로, 이더넷, 와이파이 등과 같은 물리적인 네트워크를 지원하는 프로토콜들이 사용됩니다.

프로토콜 스택은 데이터의 전송과 수신 과정에서 각 계층마다 적절한 프로토콜을 사용하여 데이터를 캡슐화하고 해석하며, 최종적으로 데이터의 신뢰성과 효율성을 보장합니다. 계층별로 구분된 프로토콜 스택은 데이터의 처리를 효율적으로 관리하고, 네트워크 통신을 더욱 신뢰성 있게 만들어 줍니다.

OSI 7Layer

OSI(Open Systems Interconnection) 7 Layer 모델은 네트워크에서 통신이 일어나는 과정을 7개의 계층으로 분리하여 설명하는 네트워크 아키텍처 모델입니다. 이 모델은 국제 표준화 기구인 ISO(International Organization for Standardization)에서 개발되었으며, 다양한 네트워크 프로토콜과 장비들의 상호 운용성을 위해 사용됩니다. 각 계층은 특정 기능을 수행하며, 상위 계층은 하위 계층의 서비스를 활용합니다. 아래는 OSI 7 Layer 모델의 각 계층에 대한 설명입니다:

• 물리 계층 (Physical Layer)
  물리 계층은 데이터를 전기 신호나 광 신호로 변환하여 물리적인 매체를 통해 전송하는 역할을 합니다. 이 계층은 네트워크 케이블, 허브(Hub) 등과 같은 물리적인 네트워크 장비와 관련이 있으며, 비트(Bit) 단위로 데이터를 전송합니다.

• 데이터 링크 계층 (Data Link Layer)
  데이터 링크 계층은 물리적인 매체를 통해 전송되는 데이터의 오류 검출과 수정, 흐름 제어, 매체 접근 제어 등을 담당합니다. 이 계층은 물리 주소인 MAC(Media Access Control) 주소를 사용하여 데이터 프레임(Frame)의 목적지를 식별하고, 스위치(Switch) 등과 같은 장비들이 이 계층에서 동작합니다.

• 네트워크 계층 (Network Layer)
  네트워크 계층은 데이터 패킷의 라우팅과 최적 경로 선택을 담당합니다. IP(Internet Protocol) 주소를 사용하여 패킷의 목적지를 식별하고, 라우터(Router)가 이 계층에서 동작하여 다른 네트워크 간의 데이터 전송을 관리합니다.

• 전송 계층 (Transport Layer)
  전송 계층은 데이터를 종단 간에 신뢰성 있게 전송하는 역할을 합니다. 연결 지향적인 TCP(Transmission Control Protocol)와 비연결성 프로토콜인 UDP(User Datagram Protocol)가 이 계층에서 동작합니다. 데이터의 분할, 오류 검출 및 복구, 흐름 제어 등을 수행합니다.

• 세션 계층 (Session Layer)
  세션 계층은 응용 프로그램 간의 세션을 설정, 유지, 종료하는 역할을 합니다. 이 계층은 양 끝단 간의 대화를 제어하며, 동기화와 오류 복구 등을 담당합니다.

• 표현 계층 (Presentation Layer)
  표현 계층은 데이터의 형식을 변환하고 암호화/복호화 등의 데이터 형식과 구문에 관련된 변환을 담당합니다. 데이터의 표현과 암호화, 압축, 문자 인코딩 등을 수행합니다.

• 응용 계층 (Application Layer)
  응용 계층은 최종 사용자에게 네트워크 서비스를 제공하는 계층입니다. HTTP, FTP, SMTP, DNS와 같은 다양한 응용 프로토콜들이 이 계층에서 동작합니다.

OSI 7 Layer 모델은 네트워크 설계와 개발에 있어서 표준화와 상호 운용성을 증가시키고, 각 계층의 독립성을 보장하여 시스템의 유연성과 확장성을 제공하는데 큰 도움을 줍니다.

TCP/IP

TCP/IP(Transmission Control Protocol/Internet Protocol)은 현대 인터넷에서 가장 널리 사용되는 네트워크 프로토콜 스택입니다. 이는 OSI 7 Layer 모델에서 말하는 응용 계층(Application Layer), 전송 계층(Transport Layer), 인터넷 계층(Internet Layer), 그리고 네트워크 접근 계층(Network Access Layer)에 해당하는 기능들을 포함합니다. TCP/IP는 인터넷의 기본 프로토콜로서 데이터의 전송과 라우팅을 담당하여 인터넷에서 데이터 통신을 가능하게 합니다.

특징

1. 인터넷 프로토콜 (IP)
   인터넷 계층에서 동작하는 IP 프로토콜은 네트워크 간의 데이터 패킷 라우팅과 주소 지정을 담당합니다. IP 주소를 사용하여 패킷의 출발지와 목적지를 식별하고, 가장 적절한 경로를 선택하여 데이터를 전송합니다. IP 프로토콜은 비연결성 프로토콜로서 데이터의 신뢰성은 보장하지 않지만, 네트워크 간의 연결을 제어하여 데이터의 전달을 지원합니다.

2. 전송 제어 프로토콜 (TCP)
   전송 계층에서 동작하는 TCP 프로토콜은 데이터의 신뢰성을 보장하는 연결 지향 프로토콜입니다. 데이터를 분할하여 전송하고, 수신측에서는 데이터의 정확성과 순서를 확인하여 오류가 발생하면 재전송을 요청합니다. 이로 인해 신뢰성이 높은 데이터 전송이 가능하며, 웹 브라우징, 파일 전송, 이메일 등과 같은 대부분의 응용 프로그램에서 사용됩니다.

3. 사용자 데이터그램 프로토콜 (UDP)
   전송 계층에서 동작하는 UDP 프로토콜은 TCP와 달리 연결을 설정하지 않고 데이터를 전송합니다. 따라서 오류 검사와 재전송 등의 추가적인 기능이 없어 TCP보다 속도가 빠르지만, 데이터의 신뢰성은 낮습니다. 실시간 스트리밍, DNS(Domain Name System) 등에서 사용됩니다.

4. 응용 계층 프로토콜
   응용 계층에서는 HTTP(Hypertext Transfer Protocol), FTP(File Transfer Protocol), SMTP(Simple Mail Transfer Protocol), DNS 등과 같은 다양한 프로토콜들이 동작합니다. 이러한 응용 계층 프로토콜들은 사용자와 서버 간의 데이터 교환을 지원하며, 인터넷에서 다양한 서비스를 제공하는데 사용됩니다.

TCP/IP 프로토콜 스택은 인터넷을 비롯한 거의 모든 네트워크에서 사용되며, 인터넷의 성공적인 발전과 확장에 큰 역할을 한 것으로 인정받고 있습니다. 이는 네트워크 간의 상호 운용성을 지원하고, 데이터의 신뢰성과 효율성을 보장하여 현대 인터넷의 기반을 제공합니다.

프로토콜 계층화 장점

• 모듈화와 구조화
  프로토콜을 계층으로 나누면 각 계층은 특정한 역할과 기능을 수행하므로 모듈화되고 구조화됩니다. 이로 인해 전체 시스템이 더 쉽게 이해되고 관리되며, 개별 계층을 독립적으로 수정하거나 교체할 수 있습니다.

• 상호 운용성
  계층화된 프로토콜은 각 계층이 서로 독립적이므로, 서로 다른 기업이나 제조업체에서도 동일한 계층을 구현하여 상호 운용성을 확보할 수 있습니다. 이로 인해 다양한 네트워크 장비와 시스템들이 효과적으로 통신할 수 있습니다.

• 유연성과 확장성
  계층화는 기능을 분할하여 각 계층에 필요한 기능을 추가하거나 변경함으로써 유연성과 확장성을 제공합니다. 새로운 프로토콜을 도입하거나 네트워크 요구 사항이 변화할 때, 해당 계층만 수정하면 전체 시스템에 큰 영향을 미치지 않을 수 있습니다.

• 문제 해결 및 디버깅 용이성
  계층화는 각 계층의 역할을 명확히 정의하여, 네트워크 문제 발생 시 해당 계층에서 발생한 문제를 더 쉽게 식별하고 해결할 수 있도록 도와줍니다. 이로 인해 네트워크 디버깅과 유지보수가 용이해집니다.

• 표준화와 교육
  계층화는 프로토콜들을 논리적으로 구조화하여 이해하기 쉽게 만듭니다. 이러한 구조는 네트워크 교육과 학습에도 도움이 되며, 표준화된 계층 모델은 다양한 네트워크 관련 교육과 인증 시험에서 사용됩니다.

• 비용과 리소스 절감
  계층화는 프로토콜들이 서로 독립적으로 동작하도록 함으로써 자원의 효율적인 사용을 도와줍니다. 중복되는 기능을 최소화하여 시스템의 성능을 향상시키고, 개별 계층의 수정이 전체 시스템에 영향을 미치지 않도록 합니다.

이러한 장점들로 인해 OSI 7 Layer와 TCP/IP와 같은 프로토콜 계층화 방식은 현대 네트워크 시스템 설계와 개발에 널리 사용되고 있으며, 네트워크의 효율성과 성능을 향상시키는데 큰 역할을 합니다.