데이터 통신과 네트워킹 (Forouzan, 6판)을 공부하면서 챕터별로 핵심 개념을 정리해두려 한다. 이 글은 그 첫 번째로, 네트워크의 기본 개념과 구조를 다룬다.
이론적인 내용이 많아서 처음엔 딱딱하게 느껴질 수 있는데, 나중에 각 계층 세부 내용을 공부할 때 이 개념들이 기반이 되므로 제대로 짚고 넘어가는 게 중요하다.
네트워크란?
네트워크는 데이터 교환을 위해 연결된 컴퓨터, 서버, 라우터, 스위치 등 장치들의 집합이다. 쉽게 말하면 서로 데이터를 주고받을 수 있도록 연결된 시스템이다.
통신의 기본 구성 요소는 크게 네 가지가 있다.
| 구성 요소 | 설명 | 예시 |
|---|---|---|
| 메시지(Message) | 전달하려는 데이터 | 문자, 숫자, 영상, 소리 |
| 송신자(Sender) | 데이터를 보내는 장치 | 컴퓨터, 휴대폰 |
| 수신자(Receiver) | 데이터를 받는 장치 | 컴퓨터, TV |
| 전송매체(Medium) | 데이터가 이동하는 경로 | 케이블, 광섬유, 무선 |
그리고 이 모든 걸 통제하는 규칙이 프로토콜(Protocol) 이다. HTTP, TCP/IP, SMTP 같은 것들이 바로 프로토콜이다.
데이터는 어떻게 표현될까?
컴퓨터는 모든 데이터를 비트(0과 1) 로 표현한다. 종류별로 어떻게 표현하는지 간단하게 보면 이렇다.
- 문자(Text): 비트 패턴으로 표현. ASCII(7bit), 확장 ASCII(8bit), 유니코드(32bit) 같은 코드 체계를 사용한다.
- 숫자(Number): 비트 패턴으로 직접 표현.
- 이미지(Image): 화소(pixel) 단위로 나뉘고, 흑백은 1~2bit, 컬러는 RGB 방식으로 표현한다.
- 오디오(Audio): 연속 신호(아날로그)를 디지털로 변환해서 표현한다.
- 비디오(Video): 여러 이미지를 연속으로 이어붙인 것이다.
데이터 전송 방향
데이터를 주고받는 방식은 크게 세 가지가 있다.
단방향(Simplex) — 한쪽 방향으로만 전송 가능하다. 키보드나 모니터처럼 한쪽은 보내고, 한쪽은 받기만 한다.
반이중(Half-Duplex) — 양쪽 모두 송수신이 가능하지만 동시에는 안 된다. 워키토키가 대표적인 예인데, 한 명이 말하는 동안 상대방은 들어야 한다.
전이중(Full-Duplex) — 양쪽이 동시에 송수신 가능하다. 우리가 쓰는 전화가 이 방식이고, 서로 동시에 말할 수 있다.
네트워크 성능 평가 기준
네트워크를 평가할 때는 크게 세 가지 기준으로 본다.
성능(Performance)
- Bandwidth(대역폭): 초당 전송할 수 있는 최대 데이터 양
- Throughput(처리량): 실제로 전송된 데이터 양 (대역폭 ≠ 처리량)
- Latency(지연시간): 출발지에서 목적지까지 걸리는 시간
- Jitter(지터): 지연시간이 얼마나 들쑥날쑥한지
- Packet Loss: 전송 중 사라진 패킷 비율
신뢰성(Reliability)
- Availability(가용성): 네트워크가 정상 작동하는 시간 비율
- MTTR(장애복구시간), MTBF(고장 간 평균 시간)
보안(Security)
- 암호화, 접근 제어(방화벽 등)
TMI: CSAT Forge 개발할 때 OpenAI API 응답 속도가 느려서 답답했던 적이 있는데, 그게 바로 Latency 문제였다. Bandwidth는 충분해도 API 서버 응답 지연이 생기면 사용자 경험이 확 떨어진다.
네트워크 토폴로지 (접속 형태)
네트워크에서 장치들을 어떻게 연결하느냐를 토폴로지(Topology) 라고 한다.
그물형 (Mesh)
모든 장치가 서로 직접 연결된 형태다. n개 장치를 연결하려면 n(n-1)/2개의 채널이 필요하다.
- 장점: 안정성 높음, 보안 우수, 결함 분리 쉬움
- 단점: 케이블 많이 필요, 설치 복잡
성형 (Star)
중앙 허브(Hub)를 통해 모든 장치가 연결되는 구조다. 현재 가장 많이 쓰이는 방식이다.
- 장점: 설치/재구성 쉬움, 비용 적음
- 단점: 허브 고장 시 전체 네트워크 마비
버스형 (Bus)
하나의 공유 케이블에 모든 장치가 연결되는 구조다.
- 장점: 케이블 적게 사용, 설치 쉬움
- 단점: 중추 케이블 고장 시 전체 영향, 재구성 어려움
링형 (Ring)
각 장치가 양옆 장치하고만 연결돼서 원형으로 이어지는 구조다. 각 장치는 중계기(Repeater)를 포함하고 있다.
- 장점: 설치/재구성 쉬움
- 단점: 단방향 링 결함 시 전체 마비 → 이중 링으로 해결
네트워크 규모별 분류
LAN(근거리 통신망): 건물, 학교 캠퍼스 같은 단일 공간 안의 네트워크다. 버스형/링형/성형을 주로 쓴다.
WAN(광역 통신망): 국가, 대륙 규모의 네트워크다. 거리 제한이 없고, 통신사(KT, SKT 등)가 운영한다.
- 점-대-점 WAN: 전용선 방식
- 교환형 WAN: 여러 경로를 공유하는 방식
Internet: 수천 개의 네트워크가 상호 연결된 거대한 네트워크다. 백본(Sprint, KT, SKT 등) → 제공자 네트워크(ISP) → 소비자 네트워크 구조로 계층화되어 있다.
왜 계층을 나눌까? — 프로토콜 계층화
통신이 복잡해질수록 모든 걸 하나의 규칙으로 처리하기가 어렵다. 그래서 역할을 나눠서 각 계층이 자기 임무만 담당하도록 설계한 게 프로토콜 계층화다.
편지를 보내는 과정을 생각해보면 쉽다. 편지 쓰기 → 봉투 작성 → 우체통 투함 → 우체국 → 우편집중국 → 배달. 각 단계가 자기 역할만 하고, 다음 단계에 넘기는 구조다. 네트워크도 똑같다.
계층화의 핵심 원칙은 두 가지다.
- 양방향 통신이라면, 각 계층은 상반되는 두 가지 작업을 수행할 수 있어야 한다. (보내기/받기, 암호화/복호화)
- 같은 계층끼리는 동일한 객체를 다뤄야 한다.
TCP/IP 프로토콜 계층 구조
현재 인터넷 표준 모델이고, 5개 계층으로 이루어져 있다.
| 계층 | 이름 | 역할 | 단위 |
|---|---|---|---|
| 5 | 응용층(Application) | 프로세스 간 통신 (HTTP, DNS, FTP 등) | 메시지 |
| 4 | 전송층(Transport) | 종단-대-종단 논리 연결 (TCP, UDP) | 세그먼트 |
| 3 | 네트워크층(Network) | 호스트-대-호스트 연결, 경로 선택 | 패킷/데이터그램 |
| 2 | 데이터링크층(Data Link) | 링크를 통한 프레임 전달 | 프레임 |
| 1 | 물리층(Physical) | 비트를 물리 신호로 변환, 전송 | 비트 |
TCP/IP 계층별 데이터 단위 흐름
OSI 7계층 모델
ISO에서 1970년대 후반에 만든 표준 모델이다. TCP/IP가 5계층인 것과 달리 7계층으로 나뉜다.
| 계층 | 이름 | 역할 |
|---|---|---|
| 7 | 응용층(Application) | 사용자 인터페이스 |
| 6 | 표현층(Presentation) | 암/복호화, 데이터 변환 |
| 5 | 세션층(Session) | 세션 관리 |
| 4 | 전송층(Transport) | 종단 간 신뢰성 있는 전송 |
| 3 | 네트워크층(Network) | 경로 선택, 라우팅 |
| 2 | 데이터링크층(Data Link) | 프레임 전송, 오류 제어 |
| 1 | 물리층(Physical) | 비트 전송 |
TCP/IP vs OSI
- 실제 인터넷은 TCP/IP 모델을 쓴다.
- OSI는 이론적 참조 모델이다.
- OSI의 세션층 + 표현층 + 응용층이 TCP/IP의 응용층 하나로 합쳐진 거라고 보면 된다.
핵심 요약
- 네트워크 = 장치들의 연결 집합, 프로토콜 = 통신 규칙
- 모든 데이터는 결국 비트(0,1)로 표현된다
- 전송 방향: 단방향 / 반이중 / 전이중
- 토폴로지: Mesh(안정적) / Star(현재 주류) / Bus(단순) / Ring(순환)
- 계층화: 복잡한 통신을 역할별로 나눠서 관리하는 것
- TCP/IP 5계층이 실제 인터넷 표준, OSI 7계층은 이론 참조 모델
참고문헌
Forouzan, B. A. (2013). Data Communications and Networking (6th ed.). McGraw-Hill.
번역: 이재광, 김중규, 이경현, 홍충선. 데이터 통신과 네트워킹 TCP/IP 프로토콜 기반 (개정 6 수정판). 퍼스트북.
본 글은 위 교재의 내용을 바탕으로 학습하면서 개인적으로 이해한 내용을 정리한 것입니다.
