네트워크 기초

네트워크

두 대 이상의 컴퓨터나 장치들이 연결되어 자원이나 정보를 공유할 수 있도록 구축된 시스템

네트워크의 목적은 자원 공유, 데이터 통신, 분산 처리이다.

• 프로토콜(Protocol): 통신을 위한 규칙이나 약속 체계. 컴퓨터끼리 데이터를 주고받을 때 서로 이해할 수 있도록 정해진 형식과 절차를 따름
• 데이터 캡슐화(Encapsulation): 상위 계층에서 하위 계층으로 데이터를 전달할 때, 각 계층에서 필요한 헤더(Header)나 꼬리(Trailer)를 데이터에 덧붙이는 과정
• 데이터 역캡슐화(Decapsulation): 수신 측에서 하위 계층에서 상위 계층으로 데이터를 전달할 때, 각 계층에서 붙여진 헤더나 꼬리 부분을 제거하는 과정

기본 구성요소

• 호스트(Host): 데이터를 송·수신하는 장치 (ex. PC, 서버)
• 라우터(Router): 네트워크 간 데이터를 전달하는 장치
• 스위치(Switch): 같은 네트워크 내에서 데이터를 목적지로 전달
• 프로토콜(Protocol)

OSI 7 계층

(Open Systems Interconnection 7 Layer)

네트워크 통신 과정을 7단계로 나누어 설명하는 개념적 모델. 각 계층은 독립적인 기능을 수행하며, 통신 과정을 표준화하고 이해하기 쉽게 만든다.

계층	이름	주요 기능	데이터 단위	주요 프로토콜/장비
7계층	응용 (Application)	사용자에게 네트워크 서비스 제공 (예: HTTP, FTP)	데이터(Data)	HTTP, FTP, SMTP, DNS
6계층	표현 (Presentation)	데이터 형식 설정, 암호화/복호화, 압축	데이터(Data)	JPEG, MPEG, SSL/TLS, ASCII
5계층	세션 (Session)	통신 세션 수립, 관리, 종료	데이터(Data)	NetBIOS, SSH, API, 세션 관리
4계층	전송 (Transport)	신뢰성 있는/없는 데이터 전송 및 흐름 제어, 혼잡 제어, 포트 주소 지정	세그먼트(Segment)	TCP, UDP
3계층	네트워크 (Network)	경로 설정(라우팅) 및 논리적 주소(IP 주소) 지정	패킷(Packet)	IP, ICMP, 라우터(Router), ARP
2계층	데이터 링크 (Data Link)	물리적 주소(MAC 주소) 지정, 오류 감지 및 흐름 제어, 프레임 구성	프레임(Frame)	이더넷(Ethernet), 스위치(Switch), PPP
1계층	물리 (Physical)	전기적/기계적 신호를 통한 비트 전송	비트(Bit)	케이블, 허브(Hub), 리피터(Repeater)

1~7 순서로: "물데네전세표응"

TCP/IP 4 계층

(Transmission Control Protocol/Internet Protocol 4 Layer)

실제 인터넷 통신에 사용되는 프로토콜 스택을 기반으로 단순화한 모델. OSI 7계층보다 실제 구현에 더 가깝다.

계층	이름	OSI 7 계층 대응	주요 기능
4계층	응용 (Application)	5, 6, 7계층 (세션 + 표현 + 응용)	사용자에게 서비스 제공 (OSI의 세션, 표현, 응용 계층 역할 포함)
3계층	전송 (Transport)	4계층 (전송)	통신 노드 간 연결 제어 및 신뢰성 있는 전송(TCP) 또는 빠른 전송(UDP)
2계층	인터넷 (Internet)	3계층 (네트워크)	IP를 통한 패킷의 경로 설정(라우팅) 및 전달
1계층	네트워크 액세스 (Network Access)	1, 2계층 (물리 + 데이터 링크)	물리적 네트워크를 통해 데이터 전송(OSI의 물리, 데이터 링크 계층 역할 포함)

TCP vs UDP

전송 계층(Transport Layer)에서 사용되는 두 가지 핵심 프로토콜로 데이터 전송 방식에 큰 차이가 있다.

구분	TCP (Transmission Control Protocol)	UDP (User Datagram Protocol)
연결 방식	연결 지향(Connection-Oriented): 3-way handshake를 통해 연결 설정 후 통신	비연결 지향(Connectionless): 연결 설정 없이 데이터그램 전송
신뢰성	높음 (데이터 손실, 순서 뒤바뀜, 중복 방지)	낮음 (데이터 도착 여부, 순서 보장 안 함)
속도	느림 (신뢰성 보장을 위한 오버헤드 존재)	빠름
오버헤드	큼 (제어 정보 많음)	작음 (단순한 구조)
흐름/혼잡 제어	제공	제공 안 함
용도	웹 통신(HTTP), 이메일(SMTP), 파일 전송(FTP) 등 신뢰성이 중요한 통신	스트리밍, DNS, 온라인 게임 등 속도가 중요한 통신

TCP → 신뢰성, UDP → 속도

3-way Handshake & 4-way Handshake (TCP 연결/해제)

TCP는 신뢰성 있는 통신을 위해 데이터를 주고받기 전 3-way Handshake로 연결을 설정하고, 통신이 끝난 후 4-way Handshake로 연결을 해제한다.

1. 3-way Handshake (연결 설정)

단계	송신자(Client)	수신자(Server)	설명
①	SYN (Synchronize Sequence Numbers)		클라이언트가 연결 요청 (SYN)
②		SYN + ACK	서버가 요청 수락 (SYN-ACK)
③	ACK (Acknowledge)		클라이언트가 확인 응답 (ACK) → 연결 성립

요약 흐름:

Client: SYN → Server: SYN+ACK → Client: ACK

연결이 성립되면 양쪽이 데이터 전송 가능

2. 4-way Handshake (연결 해제)

TCP는 전이중(Full Duplex) 통신이므로, 양방향의 연결을 각각 종료해야 한다.

단계	송신자(Client)	수신자(Server)	설명
①	FIN (Finish)		클라이언트가 연결 종료 요청
②		ACK	서버가 종료 요청 수신 확인
③		FIN	서버도 종료 요청
④	ACK		클라이언트가 종료 확인 후 연결 완전 종료

요약 흐름:

Client: FIN → Server: ACK → Server: FIN → Client: ACK

추가로 알아두면 좋을 개념

1. IP 주소와 MAC 주소

• IP 주소 (Internet Protocol Address): 네트워크 계층(Layer 3)에서 사용되는 논리적 주소. 네트워크 간 통신에서 라우팅(경로 설정)을 위해 사용되며 위치를 식별한다. (ex. 192.168.0.1)
• MAC 주소 (Media Access Control Address): 데이터 링크 계층(Layer 2)에서 사용되는 물리적 주소. 네트워크 인터페이스 카드(NIC)에 고유하게 부여된 주소로, 같은 네트워크 내에서 장치를 식별한다.

2. 포트 번호 (Port Number)

전송 계층(Layer 4)에서 사용되며 하나의 장치(IP 주소) 내에서 어떤 특정 애플리케이션(프로세스)이 통신할 것인지 구분하는 번호

• Well-known Port (0~1023): HTTP(80), HTTPS(443), FTP(21), SSH(22) 등

3. 라우팅과 스위칭

• 라우팅(Routing): 네트워크 계층(L3)에서 IP 주소 기반으로 패킷이 목적지까지 도달하는 최적의 경로를 결정하는 과정. 장비=라우터(Router)
• 스위칭(Switching): 데이터 링크 계층(L2)에서 MAC 주소 기반으로 같은 네트워크(LAN)내에서 데이터를 정확한 포트로 전달하는 과정. 장비=스위치(Switch)