"그래서 네트워크가 뭔데?" 네트워크 개념 정리

컴퓨터 네트워크란 무엇인가?

컴퓨터 네트워크란 컴퓨터, 서버, 라우터, 스위치 등 네트워크 기능을 갖춘 장치(Device)들이 서로 연결되어 통신하고 데이터를 교환할 수 있도록 구성된 시스템을 말한다. 이러한 장치들은 유선(케이블) 또는 무선(Wi-Fi, 블루투스 등) 기술을 통해 연결되어 정보와 자원을 공유한다.

우리가 가장 흔하게 접하는 컴퓨터 네트워크의 대표적인 예가 바로 인터넷(Internet)이다. 인터넷은 전 세계의 수많은 네트워크들이 서로 연결된 거대한 '네트워크들의 네트워크'이다. 인터넷은 월드 와이드 웹(WWW, World Wide Web)과 같은 다양한 서비스와 프로토콜을 통해 작동한다.

• 월드 와이드 웹(WWW)은 인터넷을 통해 접근 가능한, 서로 연결된 하이퍼텍스트 문서들의 시스템이다. 사용자는 하이퍼링크를 통해 웹 페이지 사이를 이동하며 정보를 탐색할 수 있다.

컴퓨터 네트워크는 장치 간 통신과 데이터 교환을 위한 연결 시스템이며, 인터넷과 WWW는 현대 네트워크 환경의 핵심 요소이다.

네트워크는 왜 필요한가?

네트워크는 다음과 같은 중요한 목적들을 위해 사용된다.

1. 프로그램 및 데이터 공유: 독립형 컴퓨터에서는 USB 메모리 같은 이동식 저장매체를 사용해야 데이터를 옮길 수 있다. 하지만 네트워크로 연결되어 있다면, 멀리 떨어진 곳에서도 쉽고 빠르게 데이터를 전송하거나 내려받아 공유할 수 있다.

2. 주변 장치 공유: 사무실의 모든 컴퓨터에 프린터를 개별적으로 연결하는 것은 비효율적이다. 네트워크를 사용하면 프린터나 스캐너 한 대를 여러 컴퓨터가 공유하여 비용을 절감하고 업무 효율을 높일 수 있다. 예를 들어, 교내 네트워크에 연결된 컴퓨터라면 어디서든 해당 네트워크의 공유 프린터를 사용할 수 있다.

3. 인터넷 회선 공유: 하나의 인터넷 회선을 네트워크로 공유하여 여러 대의 컴퓨터가 동시에 인터넷에 접속할 수 있다. 학교나 회사의 실습실, 사무실 등에서 흔히 볼 수 있는 방식이다.

4. 데이터 백업 및 복구 용이성: 중요한 데이터를 네트워크에 연결된 중앙 저장 장치(NAS, 클라우드 스토리지 등)에 백업해두면, 개별 컴퓨터의 고장이나 바이러스 감염 시에도 데이터를 안전하게 보존하고 쉽게 복구할 수 있다. 일부 백업 시스템은 시간대별 버전 관리를 지원하여 특정 시점의 데이터로 복원하는 기능도 제공한다.

네트워크의 주된 목적은 자원(데이터, 장치, 인터넷 회선 등)의 쉽고 효율적인 공유에 있다.

네트워크의 종류

네트워크는 연결 범위와 규모에 따라 다음과 같이 분류할 수 있다.

• PAN (Personal Area Network): 가장 작은 규모의 네트워크로, 개인 장치 간의 근거리 통신(약 5~10m 이내)을 의미한다. 예: 스마트폰과 블루투스 이어폰 연결, 스마트폰과 스마트워치 간 데이터 동기화.

• LAN (Local Area Network): 근거리 통신망. 사무실, 집, 학교 건물 등 비교적 좁은 지역 내의 장치들을 연결한다. 우리가 흔히 구축하는 내부 네트워크가 여기에 해당한다.

• MAN (Metropolitan Area Network): 대도시 지역 네트워크. 도시 전체 또는 넓은 캠퍼스 등 LAN보다는 크고 WAN보다는 작은 영역을 연결한다. 주로 도시나 특정 기관에서 관리한다.

• WAN (Wide Area Network): 광대역 네트워크. 지역 간, 국가 간, 또는 대륙 간과 같이 매우 넓은 지역의 네트워크들을 연결한다. 인터넷이 가장 대표적인 WAN이다.

이 외에도 WLAN(무선 LAN), CAN(캠퍼스 네트워크), SAN(스토리지 전용 네트워크), GAN(글로벌 네트워크), VPN(가상 사설망), ISDN(종합 정보 통신망), 인트라넷(기업 내부 네트워크), 엑스트라넷(협력사 등 외부와 연결된 인트라넷) 등 다양한 종류의 네트워크가 존재한다.

네트워크 회선 구성 방식

네트워크 회선 구성 방식은 컴퓨터와 단말기(또는 다른 컴퓨터)를 연결하는 물리적 또는 논리적 형태를 의미한다.

• 점대점 (Point-to-Point) 방식: 중앙 컴퓨터와 단말기(또는 두 개의 노드)를 일대일로 직접 연결하는 방식이다. 항상 통신이 가능하며 구조가 단순하다.

• 멀티 드롭 (Multi-Drop) 방식 (또는 멀티 포인트 방식): 하나의 통신 회선에 여러 대의 단말기를 연결하는 방식이다. 회선을 공유하므로 비용 효율적이지만, 동시에 통신할 경우 충돌이 발생할 수 있어 제어가 필요하다.

• 회선 다중화 (Multiplexing) 방식: 여러 대의 단말기 신호를 다중화 장치(Multiplexer)를 통해 모아 하나의 고속 통신 회선으로 중앙 컴퓨터와 연결하는 방식이다. 회선 이용 효율을 높일 수 있다.

회선 교환 vs. 패킷 교환

네트워크에서 데이터를 주고받는 대표적인 두 가지 방식은 회선 교환과 패킷 교환이있다.

1. 회선 교환 (Circuit Switching) 방식

• 개념: 데이터를 전송하기 전에 송신자와 수신자 사이에 물리적인 전용 통신 경로(회선)를 설정하고, 통신이 끝날 때까지 이 경로를 독점적으로 사용한다.

• 특징:

  • 데이터 전송 전에 연결 설정 단계가 필요하다.
  • 설정된 경로는 통신 중 고정된다. 송신된 모든 데이터는 동일한 경로로 전송된다.
  • 전송 지연이 거의 없고 데이터 전송 순서가 보장되어 안정적인 통신이 가능하다.
  • 주로 전통적인 음성 전화망에 사용되었다.
  • Point-to-Point 방식으로 연결된다.
  • 통신 중 중간 경로에 문제가 생기면 전체 연결이 끊어지며, 새로운 경로를 다시 설정해야 한다.

• 장점:

  • 대용량 데이터를 고속으로 안정적으로 전송하는 데 유리하다.
  • 고정된 대역폭을 보장받는다.
  • 연속적인 데이터(음성, 실시간 영상 등) 전송에 적합하다.

• 단점:

  • 회선이 독점되므로, 데이터를 전송하지 않는 시간에도 회선이 점유되어 회선 이용 효율이 낮다 (대역폭 낭비).
  • 연결 설정에 시간이 소요된다.
  • 통신 비용이 상대적으로 비싸다.
  • 경로 문제 발생 시 유연하게 대처하기 어렵다.

2. 패킷 교환 (Packet Switching) 방식

• 개념: 전송할 데이터를 '패킷(Packet)'이라는 작은 단위로 분할하고, 각 패킷에 출발지, 목적지 주소, 순서 등의 제어 정보를 담아 네트워크를 통해 전송하는 방식이다. 전용 회선 개념이 없다.

• 특징:

  • 각 패킷은 네트워크 상황(혼잡도, 경로 상태 등)에 따라 독립적으로 최적의 경로를 찾아 전송될 수 있다.
  • 하나의 통신 회선을 여러 사용자가 공유할 수 있다.
  • 패킷들이 서로 다른 경로로 전송될 수 있으므로, 목적지에 도착하는 순서가 다를 수 있다. (수신 측에서 재조립 필요)
  • 패킷 헤더 정보를 이용해 오류 검출 및 수정, 흐름 제어가 가능하다.
  • 현대의 인터넷에서 사용하는 핵심적인 데이터 전송 방식이다.

• 장점:

  • 회선을 여러 사용자가 공유하므로 회선 이용 효율이 매우 높다.
  • 네트워크 경로에 문제가 생기면 다른 경로로 우회할 수 있어 장애에 강하고 유연하다. 특정 패킷 오류 시 해당 패킷만 재전송하면 된다.
  • 다양한 속도와 형식의 데이터를 전송할 수 있다.
  • 회선 교환에 비해 비용 효율적이다.

• 단점:

  • 각 패킷마다 경로를 결정하는 과정에서 약간의 전송 지연이 발생할 수 있다.
  • 네트워크 트래픽이 많아지면 지연 시간이 급격히 늘어날 수 있다.
  • 각 패킷에 제어 정보(헤더)가 추가되므로 약간의 오버헤드가 발생한다.
  • 데이터 전송 순서가 보장되지 않을 수 있다 (데이터그램 방식의 경우).

회선 교환 vs. 패킷 교환 비교

구분	회선 교환 방식 (Circuit Switching)	패킷 교환 방식 (Packet Switching)
전용 전송로	있음 (연결 설정 후 독점)	없음 (회선 공유)
전송 단위	연속적인 데이터 스트림	패킷 (Packet)
전송 경로	고정된 동일 경로	가상 회선: 설정된 논리적 경로 / 데이터그램: 패킷마다 다른 경로 가능
수신 순서	송신 순서와 일치	가상 회선: 일치 / 데이터그램: 불일치 가능
적합한 전송 형태	실시간성, 연속적 데이터 (음성 통화 등)	일시적, 불규칙적 데이터 (이메일, 웹 서핑 등)
오버헤드	연결 설정 시 필요, 전송 중에는 거의 없음	각 패킷마다 제어 정보(헤더) 필요
회선 이용 효율	낮음	높음
대표 예시	전통적인 전화망	인터넷

네트워크 통신 방식

데이터를 전송할 때, 수신 대상의 범위에 따라 통신 방식을 나눌 수 있다.

• 유니캐스트 (Unicast): 네트워크상의 특정 대상 하나와 1:1로 통신하는 방식이다. (예: 특정 웹사이트 접속)

• 멀티캐스트 (Multicast): 네트워크상의 특정 그룹(다수)에게만 1:N으로 통신하는 방식이다. 그룹에 속하지 않은 대상은 데이터를 받지 않는다. (예: 특정 그룹 대상 인터넷 방송)

• 브로드캐스트 (Broadcast): 네트워크에 연결된 모든 대상에게 1:All로 통신하는 방식이다. 동일 네트워크 내의 모든 장치에 데이터를 전송한다. (예: 네트워크 내 모든 PC에게 주소(ARP) 요청 보내기)

네트워크 관련 핵심 개념 정리

• 호스트 (Host): 네트워크에 연결되어 데이터를 보내거나 받을 수 있는 모든 장치를 의미한다. (예: 컴퓨터, 스마트폰, 서버, 네트워크 프린터 등)

• 클라이언트 (Client): 네트워크를 통해 다른 장치(서버)에게 서비스나 자원을 요청하는 장치 또는 소프트웨어다. (예: 웹 브라우저, 이메일 클라이언트 프로그램)

• 서버 (Server): 네트워크상의 다른 장치(클라이언트)에게 웹 페이지 호스팅, 이메일 전송, 파일 저장 등 특정 서비스나 자원을 제공하는 컴퓨터 또는 소프트웨어다. 다수의 클라이언트 요청을 처리하도록 설계된다.

• 라우터 (Router): 서로 다른 네트워크(예: 내부 LAN과 인터넷)를 연결하고, 데이터 패킷이 목적지까지 갈 최적의 경로를 결정하여 전달하는 장치다. 라우팅 테이블과 프로토콜을 사용하여 경로를 찾는다.

• 스위치 (Switch): 동일한 네트워크(LAN) 내의 장치들을 연결하고, 특정 장치에게만 데이터를 전달(스위칭)하는 장치다. MAC 주소를 학습하여 해당 주소로만 패킷을 보내므로, 불필요한 트래픽을 줄이고 네트워크 효율을 높인다.

• IP 주소 (IP Address): 인터넷 프로토콜 주소. 네트워크에 연결된 각 장치를 식별하기 위해 할당된 고유한 숫자 주소다. 데이터 패킷이 올바른 목적지로 전달되도록 길잡이 역할을 한다. (예: 192.168.0.1)

• 스위칭 (Switching): 네트워크 내에서 데이터 패킷을 적절한 경로를 통해 목적지 장치로 전달하는 과정 자체를 의미한다. 스위치가 하는 핵심 기능이다.

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네트워크 통신 모델: OSI 7계층과 TCP/IP

네트워크 통신은 복잡한 과정을 거친다. 이 과정을 이해하고 표준화하기 위해 계층형 모델(Layered Model)이 사용된다. 대표적인 모델로 OSI 7계층과 TCP/IP 모델이 있다.

1. OSI 7계층 (Open Systems Interconnection 7 Layer)

• 개념: 국제 표준화 기구(ISO)에서 1977년에 발표한 네트워크 통신 표준 모델. 서로 다른 시스템 간의 원활한 통신을 위해 통신 과정을 7개의 논리적인 계층으로 나누고 각 계층의 역할과 기능을 정의.

• 등장 배경: 과거에는 네트워크 장비나 시스템이 제조사별로 달라 호환성 문제가 심각했었다. OSI 모델은 이러한 문제를 해결하고 통신 시스템의 상호 운용성을 높이기 위해 개발되었다.

• 계층 분리의 이점:

  • 모듈화: 각 계층은 독립적인 기능을 수행하므로, 특정 계층의 수정이나 변경이 다른 계층에 미치는 영향을 최소화한다.
  • 표준화: 계층별 기능 정의로 다양한 제조사의 장비와 소프트웨어가 서로 호환될 수 있는 기반을 제공한다.
  • 문제 해결 용이: 네트워크 문제 발생 시, 해당 문제가 어느 계층에서 발생했는지 파악하여 효율적으로 해결할 수 있다.
  • 단순화: 복잡한 통신 과정을 단계별로 나누어 이해하고 개발하기 쉽게 만든다.

• 계층 구조: 각 계층은 하위 계층의 서비스를 이용하여 상위 계층에 서비스를 제공하는 상하 구조를 가진다. 즉, 특정 계층이 동작하려면 그 아래 모든 계층이 정상적으로 작동해야 한다.

OSI 7계층의 역할

계층	계층명	주요 기능	주요 프로토콜/기술 예시
7	응용 계층 (Application)	사용자와 직접 상호작용하는 인터페이스 제공, 사용자 애플리케이션(웹 브라우저, 이메일 클라이언트 등) 지원	HTTP, FTP, SMTP, DNS, Telnet, SSH
6	표현 계층 (Presentation)	데이터의 형식(Format) 변환, 암호화/복호화, 데이터 압축/해제 등	JPEG, MPEG, SSL/TLS
5	세션 계층 (Session)	통신 세션(연결) 설정, 유지, 종료 관리, 동기화 (데이터 복구 지점 설정)	NetBIOS, RPC, NFS
4	전송 계층 (Transport)	종단 간(End-to-End) 신뢰성 있는 데이터 전송 담당, 포트 번호 관리, 데이터 분할/재조립, 오류 제어, 흐름 제어	TCP, UDP
3	네트워크 계층 (Network)	논리적 주소(IP 주소) 관리, 최적 경로 설정(라우팅), 패킷 포워딩	IP, ICMP, ARP, RARP, 라우터
2	데이터 링크 계층 (Data Link)	물리적 주소(MAC 주소) 관리, 인접 노드 간 데이터 전송, 프레임(Frame) 생성, 오류 검출, 흐름 제어	Ethernet, PPP, 스위치, 브릿지
1	물리 계층 (Physical)	전기적, 기계적, 물리적 연결 정의, 데이터(비트 스트림)를 전기 신호/광 신호 등으로 변환하여 전송	RS-232C, Ethernet (케이블), 허브, 리피터

세부 설명:

• 물리 계층 (1계층): 데이터를 0과 1의 비트 스트림으로 변환하고, 케이블(구리선, 광섬유)이나 무선 전파 등 물리적 매체를 통해 전기 신호나 빛의 형태로 전송한다. (인코딩/디코딩)

• 데이터 링크 계층 (2계층): 동일 네트워크(LAN) 내에서 장치 간 데이터를 전달한다. 물리적 주소인 MAC 주소를 사용하여 통신하며, 데이터 단위를 '프레임'이라고 한다. 오류 검출(예: CRC) 및 제어, 흐름 제어를 수행하여 신뢰도를 높인다. (프레이밍)

• 네트워크 계층 (3계층): 서로 다른 네트워크 간의 통신 경로를 설정(라우팅)한다. 논리적 주소인 IP 주소를 사용하여 목적지까지 데이터('패킷')를 전달할 최적 경로를 찾는다. 대표적인 장비는 라우터가 있다.

• 전송 계층 (4계층): 송신자와 수신자 프로세스 간의 연결(End-to-End)을 관리하고 신뢰성 있는 데이터 전송을 보장한다. 포트 번호를 사용하여 특정 애플리케이션으로 데이터를 전달하며, 데이터를 '세그먼트'(TCP) 또는 '데이터그램'(UDP) 단위로 관리한다. TCP는 신뢰성(연결 설정, 오류/순서 제어), UDP는 속도(비연결성)를 중시한다.

• 세션 계층 (5계층): 통신하는 양쪽 응용 프로그램 간의 대화(세션)를 설정, 관리, 종료한다. 통신 중단 시 복구를 위한 동기점(Synchronization Point)을 설정하기도 한다.

• 표현 계층 (6계층): 데이터의 형식을 통일하거나 변환한다. 예를 들어, 문자 코드(ASCII, EBCDIC) 변환, 데이터 압축, 암호화/복호화 등을 수행하여 응용 계층이 데이터를 이해할 수 있도록 한다.

• 응용 계층 (7계층): 사용자가 네트워크 서비스(웹 서핑, 이메일, 파일 전송 등)를 이용할 수 있도록 인터페이스를 제공하는 최상위 계층이다.

2. TCP/IP 모델 (Transmission Control Protocol/Internet Protocol)

• 개념: 현재 인터넷에서 사용되는 표준 프로토콜 스위트(묶음)이자 네트워크 모델이다. OSI 모델보다 먼저 개발되어 실제 인터넷 환경에 적용되면서 사실상의 표준(De facto standard)이 되었다.

• 특징: OSI 모델보다 단순화된 4계층 구조(혹은 5계층으로 보기도 함)를 가진다. 실제 구현과 실용성에 초점을 맞춤.

TCP/IP 4계층 모델:

• 애플리케이션 계층 (Application Layer): OSI의 응용, 표현, 세션 계층의 기능을 포함한다. 사용자와 직접 상호작용하는 프로토콜(HTTP, FTP, SMTP, DNS 등)을 담당한다.

• 전송 계층 (Transport Layer): OSI의 전송 계층과 거의 동일한 역할을 수행한다. 데이터의 신뢰성 있는 전송(TCP) 또는 빠른 전송(UDP)을 담당하며, 포트 번호를 사용한다.

• 인터넷 계층 (Internet Layer): OSI의 네트워크 계층에 해당한다. IP 주소를 사용하여 데이터 패킷의 경로를 설정(라우팅)하고 다른 네트워크와의 통신을 가능하게 한다. 핵심 프로토콜은 IP.

• 네트워크 인터페이스 계층 (Network Interface Layer) 또는 링크 계층 (Link Layer): OSI의 데이터 링크 계층과 물리 계층을 합친 개념이다. 물리적인 네트워크 연결(Ethernet, Wi-Fi 등)과 MAC 주소를 이용한 실제 데이터(프레임) 전송을 담당한다.

OSI 모델 vs. TCP/IP 모델

구분	OSI 7계층 모델	TCP/IP 모델
목적	네트워크 통신 표준 정의 (이론적)	인터넷 통신 구현 및 표준 (실용적)
계층 수	7개	4개 (또는 5개)
표준화	ISO (국제 표준화 기구)	IETF (국제 인터넷 표준화 기구)
현재 사용	개념적 참조 모델로 주로 사용	현재 인터넷의 핵심 모델 및 프로토콜
신뢰성	전송 계층, 데이터 링크 계층에서 담당	전송 계층(TCP)에서 주로 담당

OSI 모델은 네트워크 통신을 이해하기 위한 교육적, 이론적 프레임워크이며, TCP/IP 모델은 현재 인터넷이 동작하는 실질적인 프로토콜 구조이다.

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PDU (Protocol Data Unit - 프로토콜 데이터 단위)

• 개념: 네트워크 통신에서 각 계층이 데이터를 처리하는 단위를 PDU라고 한다. 데이터는 상위 계층에서 하위 계층으로 이동하면서 각 계층의 제어 정보(헤더 또는 트레일러)가 추가되는데, 이 과정을 캡슐화(Encapsulation)라고 한다. 수신 측에서는 반대로 하위 계층에서 상위 계층으로 이동하며 각 계층의 제어 정보를 제거하는데, 이를 디캡슐화(Decapsulation)라고 한다.

• 계층별 PDU 명칭:

  • 물리 계층 (Physical Layer): 비트 (Bit) - 실제 전송되는 0과 1의 신호 흐름
  • 데이터 링크 계층 (Data Link Layer): 프레임 (Frame) - MAC 주소 등의 헤더와 오류 검출을 위한 트레일러가 추가된 데이터 단위
  • 네트워크 계층 (Network Layer / Internet Layer): 패킷 (Packet) - IP 주소 등의 헤더가 추가된 데이터 단위
  • 전송 계층 (Transport Layer):
    • TCP 사용 시: 세그먼트 (Segment) - TCP 헤더(포트 번호, 순서 번호 등)가 추가된 데이터 단위
    • UDP 사용 시: 데이터그램 (Datagram) - UDP 헤더(포트 번호 등)가 추가된 데이터 단위
  • 응용/표현/세션 계층 (Application/Presentation/Session Layers): 데이터 (Data) 또는 메시지 (Message) - 사용자의 실제 데이터

캡슐화 과정을 통해 각 계층은 자신에게 필요한 정보(주소, 제어 코드 등)를 추가하여 하위 계층으로 전달하고, 디캡슐화 과정을 통해 수신 측의 해당 계층은 헤더 정보를 해석하여 필요한 작업을 수행하고 페이로드(실제 데이터)를 상위 계층으로 전달한다. PDU를 이해하는 것은 데이터가 네트워크를 통해 어떻게 구조화되고 전달되는지 파악하는 데 중요하다.

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마치며

오늘은 컴퓨터 네트워크의 기본적인 개념부터 목적, 종류, 관련 용어, OSI 7계층, TCP/IP 모델 그리고 회선 교환과 패킷 교환까지 자세히 알아보았다. 네트워크는 현대 IT 환경의 근간을 이루는 매우 중요한 기술이다. 물론 네트워크의 편리함 뒤에는 보안이라는 숙제도 늘 따라다니지만, 오늘 정리한 내용들이 네트워크를 이해하는 데 든든한 기초가 되었으면 좋겠다.