컴퓨터 네트워크란?
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여러 개의 장치가 마치 그물처럼 서로 연결되어 정보를 주고받을 수 있는 통신망
- 네트워크는 그래프라는 자료 구조 형태를 가지고 있다.
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컴퓨터들이 서로 대화할 수 있게 선이나 무선으로 연결된 통신망입니다.
네트워크의 네트워크, 인터넷
- 여러 네트워크를 연결한 ‘네트워크의 네트워크’
- 이더넷은 전 세계 LAN(근거리 통신망) 환경에서 가장 많이 활용되는 네트워크 통신 기술 표준입니다.
네트워크 거시적으로 살펴보기(1) 네트워크 기본 구조
네트워크 구조 = 그래프
- 그래프(graph): 노드(node)와 노드를 연결하는 간선(edge)으로 이루어진 자료 구조
네트워크 구조 살펴보기
- 호스트
- 네트워크 장비
- 통신 매체
- 메시지
호스트
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네트워크상의 가장자리 노드
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역할에 따른 구분
- 클라이언트 → 서버에 요청을 보내는 호스트
- 서버 → 요청에 대한 응답을 보내는 호스트
네트워크 장비
- 호스트 간 주고받을 정보가 거치는 중간 노드(이더넷 허브, 스위치, 라우터, 공유기 등)
- 호스트 간 주고받는 정보가 수신지까지 안정적이고 안전하게 전송
통신 매체
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각 노드를 연결하는 간선(링크)
- 유선 매체
- 무선 매체
호스트(서버, 클라이언트), 네트워크 장비
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통신 매체로 연결된 노드가 주고받는 정보
- 웹 페이지, 파일, 메일 등
& 간략 정리
- 네트워크는 기본적으로 이런 그래프의 형태를 띠고 있다.
- 그래프는 노드와 노드를 연결 짓는 간선으로 이루어져 있다.
- 장비, 그들을 연결 짓는 유무선의 통신 매체, 그리고 연결된 노드가 주고받는 메시지로 이루어져 있다.
네트워크 거시적으로 살펴보기(2) 네트워크 분류
범위에 따른 네트워크 분류
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LAN
- 가까운 지역을 연결한 근거리 통신망
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WAN
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먼 지역을 연결하는 광역 통신망
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인터넷이 WAN으로 분류될 수 있는 예시
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다른 LAN에 속한 호스트와 메시지를 주고받아야 할 때 필요
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ISP(인터넷 서비스 제공자)
- 사용자에게 인터넷과 같은 WAN에 연결 가능한 회선을 임대하는 등 WAN과 관련한 다양한 서비스를 제공
- 내 컴퓨터(LAN)가 외부(WAN)와 소통하려면 ISP의 회선을 타고 나가야 하며, 이 과정에서 서로 다른 LAN들이 거대한 그래프 형태로 연결되어 인터넷을 이룬다.
- 국내의 대표적인 ISP는 KT, LG, SK브로드밴드
- 게이트웨이(Gateway): 우리 집(LAN)이라는 울타리를 벗어나 외부 세상(WAN)으로 나가기 위한 출입문입니다. 보통 우리가 쓰는 '공유기'가 이 역할을 수행하며, ISP가 제공한 회선이 이 공유기에 연결됩니다.
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조금 더 세부적으로 나누면 PAN, CAN, MAN도 있다.
- PAN(Personal Area Network): 개인 영역 네트워크. 블루투스 등을 이용해 스마트폰, 스마트워치, 이어폰을 연결하는 가장 좁은 범위의 네트워크입니다.
- CAN(Campus Area Network): 대학교 캠퍼스나 군부대처럼 여러 개의 LAN을 하나로 묶은 대규모 부지 내의 네트워크입니다.
- MAN(Metropolitan Area Network): 도시 단위를 연결하는 네트워크로, 보통 LAN과 WAN 사이의 규모를 가집니다.
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메시지 교환 방식에 따른 네트워크 분류
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회선 교환 방식으로 메시지를 주고받는
회선 교환 네트워크-
메시지를 주고받기 전 회선을 설정한 뒤 해당 회선을 통해 메시지를 주고받는 방식
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장점- 두 호스트 사이에 연결을 확보한 후 메시지를 주고받는 특성 덕분에 주어진 시간 동안 전송되는 정보의 양이 비교적 일정하다.
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단점- 회선의 이용 효율이 낮아질 수 있다.
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패킷 교환 방식으로 메시지를 주고받는
패킷 교환 네트워크-
메시지를 패킷이라는 단위로 쪼개어 전송(패킷 교환 네트워크의 송수신 단위)
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쪼개어 전송된 패킷들을 수신지에서 재조립
- 쪼개진 패킷들은 각기 다른 경로로 이동될 수 있다.
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전송로의 이용 효율이 높아 회선 교환 방식의 문제점을 해결
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현대 인터넷은 대부분 패킷 교환 방식을 이용한다.
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패킷 스위치
- 패킷의 송수신지를 식별하고, 패킷이 이동할 최적의 경로를 결정
- 라우터, 스위치 등
주소와 송수신지 유형에 따른 전송 방식
패킷
| 패킷 | 택배 |
|---|---|
| 페이로드(전송하려는 데이터) payload | 물품 |
| 헤더(header), 트레일러(trailer)(부가 정보 또는 제어 정보) | 택배 송장 |
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헤더에 담기는 대표적인 정보, 주소
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송수신지를 특정하는 정보
- ex) IP 주소, MAC 주소
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주소가 있으면 ‘누구에게 전송할지’를 지정할 수 있다.
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송수신지 유형별 전송 방식
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유니캐스트- 하나의 수신지에 메시지를 전송
- 송신지와 수신자가 일대일로 메시지를 주고받는 경우
- 가장 일반적인 송수신 형태
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브로드캐스트- 네트워크상의 모든 호스트에게 전송
- 브로드캐스트 도메인: 브로드캐스트가 전송되는 범위
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멀티캐스트
- 네트워크 내의 동일 그룹에 속한 호스트에게만 전송
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애니캐스트
- 네트워크 내의 동일 그룹에 속한 호스트 중 가장 가까운 호스트에게 전송
네트워크 미시적으로 살펴보기(1) 프로토콜
미시적으로 살펴보는 네트워크
→ 두 대의 컴퓨터가 정보를 주고받는 과정에서 벌어지는 일
- 프로토콜
- 네트워크 참조 모델
- 캡슐화
프로토콜(Protocol)
→ 노드 간에 정보를 올바르게 주고받기 위해 합의된 규칙이나 방법
: 각 프로토콜은 목적과 특징을 가지고 있다.
중요 정리
- 프로토콜은 네트워크 세상의 언어와 같다.
- 프로토콜마다 각기 다른 목적과 특징이 있다.
- 프로토콜마다 목적과 특징이 다르기 때문에 특정 프로토콜로 주고받는 패킷의 헤더 또한 프로토콜마다 달라질 수 있다.
네트워크 미시적으로 살펴보기(2) 네트워크 참조 모델
네트워크 참조 모델
: 복잡한 네트워크 통신 과정을 체계적으로 이해하고 관리하기 위해 기능별로 계층을 나누어 정립한 표준 체계
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네트워크 참조 모델을 계층적으로 나눈 이유?
- 네트워크 구성과 설계가 용이하다.
- 네트워크 문제 진단과 해결이 용이하다.
OSI 모델(OSI 7계층 모델)
| 계층 | 이름(Layer) | 주요 기능 및 역할 |
|---|---|---|
| L7 | 응용 계층 (Application) | 사용자 및 응용 프로그램에 다양한 네트워크 서비스 제공(HTTP, FTP, SMTP 등) |
| L6 | 표현 계층 (Presentation) | 문자를 컴퓨터가 이해할 수 있는 코드로 변환, 데이터의 압축 및 암호화/복호화 담당 |
| L5 | 세션 계층 (Session) | 응용 프로그램 간의 연결 상태(세션)를 설정, 유지, 종료하며 통신 방식을 관리 |
| L4 | 전송 계층 (Transport) | 종단 간(End-to-End) 신뢰성 있고 안정적인 데이터 전송 보장(TCP, UDP) |
| L3 | 네트워크 계층 (Network) | 데이터를 목적지까지 안전하고 빠르게 전달하는 경로 선택(Routing) 및 IP 주소 지정 |
| L2 | 데이터 링크 계층 (Data Link) | 네트워크 내 주변 장치 간의 정보를 올바르게 주고받기 위한 계층(MAC 주소 활용) |
| L1 | 물리 계층 (Physical) | OSI 모델의 최하단 계층으로, 데이터를 0과 1의 비트 신호로 변환하여 물리적 전송 |
TCP/IP 모델
- TCP/IP 4계층
- 인터넷 프로토콜
- TCP/IP
| 계층 | 이름(Layer) | OSI 7계층 대응 및 주요 특징 |
|---|---|---|
| L4 | 응용 계층 (Application) | OSI 모델의 세션 + 표현 + 응용 계층과 유사하며, 사용자 서비스(HTTP, FTP 등)를 직접 제공 |
| L3 | 전송 계층 (Transport) | OSI 모델의 전송 계층과 유사하며, 프로세스 간 신뢰성 있는 데이터 전송(TCP, UDP) 담당 |
| L2 | 인터넷 계층 (Internet) | OSI 모델의 네트워크 계층과 유사하며, IP 주소를 이용한 패킷 라우팅 및 경로 선택 수행 |
| L1 | 네트워크 액세스 계층 (Network Access) | 링크 계층으로, OSI 모델의 데이터 링크 + 물리 계층과 유사하며 인접 노드 간 물리적 데이터 전송 |
송신 과정에서 캡슐화, 수신 과정에서 역캡슐화
- 메시지는 송신지 입장에서는 가장 높은 계층에서부터 가장 낮은 계층으로 이동
- 메시지 수신지 입장에서는 가장 낮은 계층에서부터 가장 높은 계층으로 이동
캡슐화
: 계층별 프로토콜의 목적과 특징에 부합하는 헤더(+트레일러) 추가
- 상위 계층으로부터 내려받은 패킷을 페이로드로 삼아 프로토콜에 걸맞은 헤더를 덧붙인 후 하위 계층으로 전달한다.
- 상위 계층의 패킷은 하위 계층에서의 페이로드로 간주한다.
→ 페이로드는 다음 계층으로 갈 때 새로운 페이로드로 만들어져서 헤더가 중첩되는 것을 알 수 있다.
→ 택배를 싸고, 새로운 택배 안에 송장을 추가해서 넣는 과정을 반복하는 것으로 생각할 수 있다.
역캡슐화
: 계층별 프로토콜의 목적과 특징에 부합하는 헤더를 제거
- 캡슐화 과정에서 붙였던 헤더(및 트레일러)를 각 계층에서 확인한 뒤 제거하는 과정이다.
PDU(Protocol Data Unit)
- 각 계층에서 송수신되는 메시지의 단위
- 현재 계층의 PDU = 상위 계층 데이터 + 현재 계층의 프로토콜 헤더(및 트레일러)
| 계층 | 이름(Layer) | PDU(Protocol Data Unit) |
|---|---|---|
| L7 | 응용 계층(Application) | 데이터(Data) |
| L6 | 표현 계층(Presentation) | 데이터(Data) |
| L5 | 세션 계층(Session) | 데이터(Data) |
| L4 | 전송 계층(Transport) | 세그먼트(Segment) / 데이터그램(Datagram) |
| L3 | 네트워크 계층(Network) | 패킷(Packet) |
| L2 | 데이터 링크 계층(Data Link) | 프레임(Frame) |
| L1 | 물리 계층(Physical) | 비트(Bit) |
OSI 7계층과 TCP/IP 4계층은 사실 아무것도 하지 않는다
- 해당 모델은 참조 모델일 뿐, 반드시 지켜야 하는 규칙이 아니다.
- 특정 계층이 네트워크를 작동시키는 주체가 아니다.
- 면접, 시험 준비를 위한 네트워크 학습에서는 중요한 개념이 맞지만, 실무 개발을 위한 네트워크 학습에 있어서는 부차적인 개념이다.
트래픽과 네트워크 성능 지표
트래픽이란?
- 네트워크 내의 정보량
- 트래픽은 주로 노드에서 측정: “특정 시점에 노드를 경유하는 정보량”
- 과도한 트래픽이 야기하는 문제: 과부하(성능 저하) 발생
→ 성능은 어떻게 판단할까?
성능 지표
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처리율(throughput)
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단위 시간당 네트워크를 통해 실제로 전송되는 정보량
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표현 단위
- bps: bits per second
- Mbps: megabits per second
- Gbps: gigabits per second
- pps: packets per second
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대역폭(bandwidth)
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컴퓨팅 영역에서의 정의: 단위 시간 동안 통신 매체를 통해 송수신할 수 있는 최대 정보량
- 신호 처리 영역은 주파수 관련 → 이것과는 다름
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“정보를 주고받을 폭”
- 대역폭이 커야 송수신할 수 있는 정보량이 많다는 뜻이다.
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패킷 손실(packet loss)
- 송수신되는 패킷이 손실된 상황
- 손실된 패킷 수, 전체 패킷 대비 유실된 패킷의 비율(백분율) 사용
정리
1. 네트워크의 본질: '그래프'
- 구조: 네트워크는 장치(노드)와 연결선(간선)으로 이루어진 그래프 형태의 시스템입니다.
- 구성: 정보를 생성하는 호스트, 전달을 돕는 네트워크 장비, 통로인 통신 매체, 그리고 실제 데이터인 메시지로 구성됩니다.
2. 네트워크의 분류: '범위와 방식'
- 규모(Scope): 아주 좁은 PAN부터 시작해 LAN(근거리), MAN(도시), WAN(광역)으로 확장되며, 이들이 모여 인터넷(네트워크의 네트워크)을 이룹니다.
- 전송 방식: 현대 인터넷은 효율성을 위해 데이터를 작은 조각으로 나누어 보내는 패킷 교환 방식을 채택하고 있습니다.
3. 통신의 약속: '프로토콜과 계층'
- 프로토콜: 노드 간 원활한 소통을 위한 공통의 언어(규칙)입니다.
- 참조 모델: 복잡한 통신 과정을 관리하기 위해 OSI 7계층 및 TCP/IP 4계층으로 나누어 정의합니다.
- 캡슐화: 상위 계층의 데이터(페이로드)에 하위 계층의 제어 정보(헤더)를 덧붙여 나가는 과정이며, 이를 통해 각 계층의 역할을 수행합니다.
4. 전송의 유형과 성능
- 송수신 방식: 대상에 따라 유니캐스트(1:1), 브로드캐스트(전체), 멀티캐스트(그룹), 애니캐스트(가장 가까운 곳)로 나뉩니다.
- 성능 지표: 네트워크의 상태는 실제 전송량인 처리율(Throughput), 전송 가능한 최대치인 대역폭(Bandwidth), 그리고 데이터 유실 정도인 패킷 손실로 판단합니다.
& 참고
