[네트워크 공부] 1. 네트워크 시작하기

홈 네트워크 vs 데이터센터 네트워크

홈 네트워크는 간단합니다.
인터넷 → 모뎀 → 공유기 → 단말 순으로 연결되며, 유선(랜케이블)이든 무선(Wi-Fi)이든 기본 구조는 동일합니다.

데이터 센터 네트워크는 조금 다릅니다.
안정성과 고가용성이 핵심이라 이중화 구성이 필수입니다.

과거엔 3계층 구조(코어-애그리게이션-엣지)가 일반적이었지만, 서버 간 트래픽이 급증하고 스케일 아웃 기반 애플리케이션이 보편화되면서 현재는 스파인-리프(Spine-Leaf) 2계층 구조가 주류입니다.

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프로토콜

통신할 때의 규약을 프로토콜이라고 합니다.
현대 네트워크는 대부분 다음 두 가지 기반으로 수렴하고 있습니다.

• 물리적 측면: 이더넷(Ethernet)
• 논리적 측면: TCP/IP

TCP와 IP는 각각 다른 계층에서 동작하지만 항상 함께 사용되기 때문에, 이처럼 묶어서 부르는 것을 프로토콜 스택이라고 합니다.
애플리케이션 레벨(HTTP, SMTP 등)에서는 비트가 아닌 문자 기반 프로토콜을 주로 사용합니다.
HTTP 프로토콜의 헤더 부분은 문자로 표현하므로 사람이 읽을 수 있습니다.

OSI 7계층 한눈에 보기

계층	이름	데이터 단위	대표 장비/프로토콜
L7	애플리케이션 (Application)	Data	HTTP, FTP, SMTP, TELNET
L6	프레젠테이션 (Presentation)	Data	MIME, 암호화, 압축
L5	세션 (Session)	Data	TCP 세션 관리
L4	전송 (Transport)	Segments	TCP/UDP, 로드밸런서, 방화벽
L3	네트워크 (Network)	Packets	IP, 라우터
L2	데이터 링크 (Data Link)	Frames	MAC, 스위치
L1	물리 (Physical)	Bits	허브, 리피터, 케이블

1~4계층은 데이터 플로 계층 (데이터를 잘 전달하는 것이 목적), 5~7계층은 애플리케이션 계층으로 구분합니다.
참고로 TCP/IP 모델은 이 7계층을 4계층으로 단순화합니다. 상위 3개(L5~L7)를 하나의 애플리케이션 계층으로, L1~L2를 네트워크 액세스 계층으로 묶는 방식입니다.

계층별 핵심 포인트

L1 - 물리 계층

전기 신호를 그대로 전달하는 것이 목적입니다.
허브나 리피터 같은 L1 장비는 주소 개념이 없어서 들어온 포트를 제외한 모든 포트로 신호를 뿌립니다.
이 때문에 같은 네트워크 내 모든 단말이 동일한 충돌 도메인(Collision Domain)에 속하게 됩니다.

L2 - 데이터 링크 계층

전기 신호를 데이터 프레임으로 변환합니다.
핵심은 MAC 주소라는 물리 주소 체계가 생긴다는 점입니다.
스위치는 포트별로 어떤 MAC 주소가 연결되어 있는지 학습(Address Learning)해서 필요한 포트로만 프레임을 전달합니다(포워딩).
또한, 수신자가 데이터를 받을 수 있는 상태인지 확인하는 플로 컨트롤(Flow Control) 기능도 이 계층에서 담당합니다.

L3 - 네트워크 계층

IP 주소라는 논리적 주소가 등장합니다.
MAC 주소와 달리 IP 주소는 사용자가 환경에 맞게 변경 가능하며, 네트워크 주소 + 호스트 주소로 구성됩니다. 라우터가 이 계층에서 동작하며 최적 경로를 찾아 패킷을 전달합니다.

L4 - 전송 계층

패킷이 유실되거나 순서가 뒤바뀌는 문제를 해결합니다.

4계층은 1, 2, 3계층과 좀 다른 역할을 합니다.
하위 4개 계층은 데이터를 잘 쪼개 보내고 받는 역할을 중점적으로 고려하고 네트워크 애플리케이션에서 하위 4계층의 역할을 별도로 고민하지 않도록 도와줍니다.

• 시퀀스 번호(Sequence Number): 보내는 순서
• ACK 번호(Acknowledgement Number): 받는 순서 확인
• 포트 번호(Port Number): 같은 기기 내 여러 애플리케이션 구분

로드밸런서와 방화벽이 L4에서 동작하며, 포트 번호와 시퀀스 정보를 기반으로 트래픽을 제어합니다.

L5~L7 - 세션/프레젠테이션/애플리케이션 계층

• L5 - 세션: TCP/IP 연결을 만들고 끊고, 에러 복구 담당
• L6 - 프레젠테이션: 인코딩, 암호화, 압축 등 "번역기" 역할
• L7 - 애플리케이션: 사용자와 맞닿는 UI/서비스 정의 (HTTP, FTP, SMTP, TELNET 등)
  
  

애플리케이션 계층에서 대표적인 프로토콜로는 FTP, SMTP, HTTP, TELNET이 있습니다.

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인캡슐레이션 & 디캡슐레이션

데이터를 전송할 때는 계층을 타고 내려가면서 각 계층이 헤더를 추가합니다. 이 과정을 인캡슐레이션(Encapsulation) 이라고 합니다.

→ L4 헤더 추가 (TCP/UDP)
→ L3 헤더 추가 (IP)
→ L2 헤더 추가 (이더넷 프레임)
→ L1에서 전기 신호로 변환 → 전송

수신 측에서는 반대로 계층을 타고 올라가면서 헤더를 하나씩 벗겨냅니다. 이 과정이 디캡슐레이션(Decapsulation) 입니다.
헤더에는 두 가지 정보가 반드시 포함됩니다.

• 현재 계층의 정보 (MAC 주소, IP 주소, 포트 번호 등)
• 상위 프로토콜 지시자 — 수신 측이 어떤 상위 프로토콜로 올려보낼지 알 수 있도록

계층	상위 프로토콜 지시자
L2	이더 타입 (Ether Type)
L3	프로토콜 번호 (Protocol Number)
L4	포트 번호 (Port Number)

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MTU와 MSS

네트워크에서 한 번에 보낼 수 있는 데이터 크기에는 제한이 있습니다.

MTU(Maximum Transmission Unit): L2 기준 최대 전송 단위. 일반 이더넷에서는 1,500바이트
MSS(Maximum Segment Size): L4 기준 최대 데이터 크기. MTU를 역산해서 결정

MSS의 역할은 데이터가 4계층으로 내려올 때 MTU에 맞게 미리 적절히 쪼개도록 유도하는 것입니다. 덕분에 네트워크 계층에서 단편화(Fragmentation)가 발생하는 것을 사전에 방지할 수 있습니다.

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정택준
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