네트워크 교실 1장. 네트워크 기초 지식

sanghee·2021년 11월 30일

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이 글은 네트워크 교실(아미노 에이지 지음)을 읽고 간단하게 정리한 글입니다. 책에 친절한 설명과 관련 그림이 있으므로 직접 사서 읽기를 추천합니다.

1장. 네트워크 기초 지식

1. 네트워크란?

네트워크

네트워크란 무언가(노드)와 무언가(노드)가 무언가(링크)에 의해 그물망처럼 연결되어서 무언가(데이터)를 운반하는 것이다.

2. 네트워크의 장점

네트워크 장점

네트워크를 통해 리소스를 유용하게 활용하기 위해 공유할 수 있다.

활용 예시

여러 PC가 프린터를 공유하여 사용한다.
멀리 떨어져 있는 사람과 파일을 주고받는다.
홈페이지도 리소스의 공개(공유)라고 할 수 있다.

리소스

자원이라는 의미이다. 파일 등의 데이터나 프린터 등의 기기, 컴퓨터나 메모리, CPU 등을 포함한다.

3. 데이터 통신 기초

데이터(Data)란?

정보를 컴퓨터상으로 표현한 것이다. 비트(0, 1)로 구성된다.

데이터 통신

데이터를 받아들이는 두 컴퓨터와, 이 둘을 연결하는 통신 매체가 존재해야 한다. 컴퓨터와 컴퓨터, 그리고 그 둘을 연결해서 데이터가 지나는 파이프가 존재한다고 생각하자.

인터페이스(Interface)

컴퓨터와 통신 매체의 중개를 담당하는 기기이다. 파이프 접속구라고 생각하자.

프로토콜(Protocol) == 데이터를 주고받기 위한 규칙

프로토콜은 컴퓨터 내부 또는 컴퓨터 사이에서 데이터의 교환 방식을 정의하는 규칙 체계이다. 기기 간 통신은 교환되는 데이터의 형식에 대해 상호 합의를 요구한다. 이런 형식을 정의하는 규칙의 집합을 프로토콜이라고 한다.

4. 회선 교환과 패킷 교환

회선 교환

1개의 파이프로는 1대의 컴퓨터밖에 연결하지 못한다. 따라서 컴퓨터가 많을수록 많은 파이프가 필요한다.

회선 교환기

각각의 전화기는 교환기에만 연결된다.

교환기와 교환기 사이의 회선을 교채해서 다른 상대와 접속한다.

교환기 간의 회선은 많이 만들어둔다.

패킷(Packet) 교환

소포라는 의미의 패킷(Packet)으로 분할하여 보낸다.

복수의 컴퓨터가 회선을 공유할 수 있다.

패킷 교환기

수신처가 연결되어 있는 회선을 골라 거기로 패킷을 송출한다.

회선이 사용중일 경우 일시적으로 저장하며 기다린다.

동시 통화수만큼 필요했던 전화 회선과는 달리, 회선이 한개면 된다.

5. 네크워크 구조

통신에 필요한 기기

컴퓨터 → 데이터를 송신하거나 수신한다.
인터페이스 → 컴퓨터와 통신 매체의 중개 역할을 담당한다.
통신 매체 → 데이터가 지나는 통신 매체이다. ex) 케이블
패킷 교환기(라우터) → 수신처가 연결된 회선을 골라 패킷을 송출하거나 회신이 사용중인 경우 일시적으로 저장하며 기다린다.

네트워크 구조로 다음과 같이 분류할 수 있다.

1. 멀티엑세스(Multi-Access) 네트워크

한 개의 케이블이 분배되거나 허브를 통해 연결되어있는 형태를 의미한다. 집의 경우 여러 컴퓨터가 한 개의 라우터에 연결되어 있다.

세그먼트(Segment)

멀티엑세스 네트워크에서 패킷 교환 없이 연결되는 범위를 세그먼트라고 한다.

2. 포인트 투 포인트 (Point to Point)네트워크

한대의 컴퓨터가 전용선(고정된 수신처에 접속된 회선)을 통해 다른 한대의 컴퓨터에 데이터를 송신하는 방식을 의미한다.

엑세스(Access)

컴퓨터가 다른 컴퓨터에 데이터를 송신하는 행위를 의미한다.

네트워크 == 멀티엑세스 + 포인트 투 포인트

컴퓨터에서 라우터 사이는 멀티엑세스로, 라우터에서 라우터는 포인트 투 포인트 네트워크로 연결되어 있다. 이렇게 멀티엑세스 네트워크와 포인트 투 포인트 네트워크의 조합으로 네트워크 전체가 이루어져 있다.

6. LAN과 WAN

네트워크 범위나 규모로 네트워크를 분류할 수 있다.

LAN(Local Area Network)

가정, 사무실, 빌딩 등 구내에 설치된 네트워크를 의미한다.

WAN(Wide Area Network)

떨어져 있는 지역의 LAN을 통신 케이블을 통해 연결한 네트워크를 의미한다. 통신사업자로부터 통신 케이블을 유료로 빌려 사용한다.

Internet

세계적 규모로 사용되는 WAN이다.

LAN와 WAN의 차이

7. OSI 참조 모델

ISO(International Systems Organization for Standardication, 국제표준화기구)

초기에는 회사마다 자신의 규격으로 프로토콜을 만들었기 때문에 호환되지 않는 경우가 많았다. 그래서 국제표준화기구에서 데이터 통신의 규격과 프로토콜을 통일하려고 했다. 통일은 실패했지만, 이때 선언한 모델이 OSI 모델이다.

OSI(Open Systems Interconnection) 참조 모델

데이터 통신을 7단계로 나누어 각 단계의 순서를 명확히 하고, 이 모델이 따라 프로토콜을 정의해서 데이터 통신을 구축한다.

계층(Layer)

데이터 통신을 여러 단계로 나눈, 각 단계를 계층이라고 부른다. 각 계층마다 각각의 역할과 규칙(프로토콜)이 있다. 즉 데이터 통신은 단계마다의 복수의 프로토콜로 실현된다.

계층은 각각 독립해 있다. 즉, 어떤 계층의 프로토콜 변경은 다른 계층에 영향을 끼치지 않는다. 그리고 하위 계층은 상위 계층을 위해서 일하고 상위 계층은 하위 계층에 관여하지 않는다.

송신: 제 7계층 → 제 1계층, 수신: 제 1계층 → 제 7계층

송신을 할 경우 상위 계층에서 하위 계층 순서로 각 계층의 역할을 수행하고, 수신을 하는 경우 하위 계층에서 상위 계층으로 수행한다.

편지 계층 예시

편지를 써서 보내는 과정은 다음과 같다.

제 3계층(개인, 내용표현): 편지 내용을 작성하자.
제 2계층(전송물): 편지지를 봉투에 넣고 수신인을 쓰자.
제 1계층(전송, 우편배달원): 수신인을 보고 수신처까지 운반하자.

각 계층은 각각 독립되어 있다. 하위 계층인 우편배달원은 편지를 쓰는 개인을 위해서 일하고 개인은 우편배달원에 관여하지 않는다.

편지 프로토콜 예시

각 단계마다 프로토콜이 존재한다.

제 3계층: 알기 쉽게 표현한다.
제 2계층: 운반할 수 있는 형태로 만든다. 수신인을 작성한다.
제 1계층: 수신인을 확인한다. 배달할 방법을 생각한다.

이처럼 편지 배달은 단계마다의 복수의 프로토콜로 실현된다.

8. 캡슐화

택배 송신

운반할 물건을 완충재로 감싸 택배 상자에 넣는다.
택배 송장에 수신처랑 발송일을 쓴다.
택배원이 가져가 배송처로 운반한다.

택배 수신

택배 송장을 확인하고 뜯는다.
완충재를 벗긴다.
물건을 갖는다.

택배 상자 역할

운반할 물건을 상자에 담는 이유는 무엇일까? 물건을 보호하고 송신처와 수신처에 대한 정보가 필요하기 때문이다.

데이터 통신

데이터 또한 마찬가지이다. 데이터라는 물건을 운반할 때에는 추가로 데이터 이외의 송신처와 수신처, 그리고 데이터 통신을 제어하기 위한 데이터가 필요하다.

PDU(Protocol Data Unit)

데이터와 데이터를 보내기 위한 정보가 통합된 것을 프로토콜 데이터 유닛이라고 부른다. 즉, 보낼 데이터와 그것을 상자에 담은 상태를 의미한다.

캡슐화(Encapsulation)

OSI 모델의 경우 7계층에서 각 계층을 수행할 때마다 필요한 정보를 추가할 수 있다. 데이터에 통신에 필요한 정보(제어 데이터)를 덧붙이며 PDU를 완성하는 것을 캡슐화라고 한다.

각 계층의 PDU 호칭

PDU는 각 계층마다 다르게 불린다.

사용자 계층: 데이터

7~5계층: 메시지

4계층: 세그먼트, 데이터그램

3계층: 데이터그램

2계층: 프레임

1계층: 신호

각 계층에서 필요한 정보를 앞에 붙이면 헤더, 뒤에 붙이면 트레일러라고 부른다. 또한 그 계층의 프로토콜명이나 계층의 번호를 붙여서 'TCP 헤더', '4계층 헤더'라는 식으로 부른다.

송신측과 수신측

송신측는 7계층에서 1계층까지 수행하며 데이터에 필요한 정보를 추가하며 PDU를 완성한다. 수신측는 PDU를 받아 반대의 순서로 하나씩 벗기면서 데이터를 얻는다.

9. 프로토콜

프로토콜군(Protocol Suite)

데이터 통신에는 복수의 프로토콜로 이루어져 있다. 계층은 독립적으로 존재한다고 했지만, 너무 독립적이면 상하계층이 연결되지 않는다. 따라서 상위 계층 프로토콜이 하위 계층 프로토콜을 이용할 수 있고, 하위 계층 프로토콜은 상위 계층 프로토콜에 데이터를 전송할 수 있는 구조로 이루어져 있다.

이렇게 7계층에서 1계층까지 연결된 구조를 프로토콜 그룹 혹은 프로토콜군이라고 한다. 각각의 계층의 프로토콜을 통합한 것이다.

인터페이스

이전에 인터페이스란 컴퓨터와 케이블의 중개역이라고 했다. 여기서는 상위 프로토콜과 하위 프로토콜의 중개역으로 사용한다.

프로토콜의 역할

데이터 통신은 프로토콜군이 같아야 가능하다. 프로토콜은

데이터의 내용을 결정하고
헤더를 결정하고
송수신 순서를 결정한다.

TCP/IP 프로토콜

OSI 프로토콜 대신 가장 많이 사용하는 프로토콜이 바로 TCP/IP 프로토콜이다. 인터넷에서 사용되는 프로토콜로 사실표준 프로토콜이다. 여기서 사실표준이란 실제로 제정된 표준규격은 아니지만 많이 사용해 표준으로 취급되는 것을 의미한다.

10. TCP/IP 모델

TCP/IP 프로토콜

IETF 단체의 RFC에 의해 정해져 있다. 총 4계층으로 이루어져 있다.

4계층 == 애플리케이션 계층

HTTP(Hyper Text Transfer Protocol): 홈페이지 열람
FTP(File Transfer Protocol): 파일 전송
SMTP(Simple Mail Transfer Protocol): 전자메일 송수신

3계층 == 트랜스포트 계층

TCP(Transmission Control Protocol)
UDP(User Datagram Protocol)

2계층 == 인터넷 계층

IP(Internet Protocol)
ARP(Address Resolution Protocol)

1계층 == 인터페이스 계층

이더넷(Ethernet)
프레임 릴레이(Frame-Relay)
PPP(Point-to-Point Protocol)

TCP/IP == TCP + IP

TCP/IP 프로토콜군이란 TCP 프로토콜과 IP 프로토콜이 합쳐진 프로토콜 그룹이다.

보충. 표준화 단체

ISO(International Organization for Standardization)

국제 표준화 기구. 국제적인 공업구격 단체이다. OSI 참조 모델을 만들었다.

ITU(International Telecommunication Union)

국제전기통신연합.

IEEE(The Institute of Electrical and Electronics Engineers)

전기전자학회이다. LAN의 규격인 IEEE082.3 등을 만들었다.

IETF(The Internet Engineering Task Force3)

인터넷 기술특별위원회이다. 인터넷 기술의 표준화를 제정하는 조직이다. TCP, UDP, IP 등을 만들었다.

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