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CS 공부/네트워크

네트워크의 큰 그림

by 학습하는 청년 2025. 4. 18.

최종 수정 : 2025.04.18

네트워크

여러 대의 장치가 그물처럼 연결되어 정보를 주고받는 통신망

■ 네트워크의 기본 구조

네트워크는 노드와 간선으로 이루어진 자료구조라는 점에서 그래프의 형태를 띤다. 이처럼 노드와 노드 사이의 연결 구조는 네트워크 토폴로지(network topology)라고 부르며, 망형, 트리형, 링형, 성형, 버스형(선형)으로 나눌 수 있다.

 

  • 호스트(host) : 네트워크를 통해 주고받는 정보를 최초로 송신하고 최종 수신하는 노드
  • 클라이언트(client) : 요청(request)을 보내는 호스트
  • 서버(server) : 응답(response)을 보내는 호스트

즉, 클라이언트와 서버는 주고받는 정보의 방향에 따라 부여된 역할이다.

 

호스트와 호스트 사이에 있는 중간 노드는 가장자리에 위치한 호스트가 주고받는 정보들을 원하는 수신지까지 안정적으로 전송하는 역할을 한다. 스위치와 라우터, 공유기 등이 있다.

 

LAN과 WAN

네트워크는 규모에 따라 LAN와 WAN으로 나뉜다.

  • LAN : Local Area Network, 가정이나 기업처럼 비교적 가까운 거리를 연결하는 한정된 공간에서의 네트워크
  • WAN : Wide Area Network, 인터넷을 가능하게 만드는 네트워크이다. 다시 말해, LAN 간 통신이 이루어진다.
ISP (Internet Service Provider)
-> 인터넷 서비스 업체가 WAN을 구축하고 관리한다. 국내에는 대표적으로 KT, LG 유플러스, SK브로드밴드가 있다.

 

패킷 교환 네트워크

  • 패킷 : packet, 네트워크를 통해 송수신되는 데이터의 단위

패킷은 페이로드(payload)와 헤더(header)로 구성되어 있으며, 때로는 트레일러(trailer)라는 정보가 포함되기도 한다.

  • 페이로드 : 패킷에서 송수신하고자 하는 데이터
  • 헤더와 트레일러 : 패킷에 추가되는 부가 정보

오늘날의 네트워크는 패킷 단위로 주고받는 정보를 쪼개서 송수신하고 수신지에서 재조립하며 패킷을 주고받는 '패킷 교환 네트워크'가 대부분이다.

 

주소의 개념과 전송 방식

올바르게 정보를 주고받기 위해서는 주소가 필요하다. 주소(address)는 패킷의 헤더에 명시되는 정보로, IP 주소와 MAC 주소가 대표적으로 존재한다.

  • 유니캐스트(unicast) : 송신지와 수신지가 일대일로 메시지를 주고받는 전송 방식
  • 브로드캐스트(broadcat) : 네트워크상의 모든 호스트에게 메시지를 전송하는 방식
브로드캐스트 도메인(broadcast domain)
-> 브로드캐스트가 전송되는 범위를 말하며, 호스트가 같은 브로드캐스트 도메인에 속해 있는 경우에는 같은 LAN에 속해 있다고 간주한다.

 

  • 멀티캐스트(multicast) :  네트워크 내의 동일 그룹에 속한 호스트에게만 전송
  • 애니캐스트(anycast) : 네트워크 내의 동일 그룹에 속한 호스트 중 가장 가까운 호스트에게 전송

■  두 호스트가 패킷을 주고받는 과정

프로토콜(protocol)

  • 호스트 뿐만 아니라 패킷이 거쳐 갈 네트워크 장비 역시 패킷의 내용을 이해하기 위해 정한 규칙
  • 네트워크에서 통신을 주고받는 노드 간의 합의된 규칙이나 방법
  • 흔히 네트워크의 언어와 같다고 표현

 

Q. 프로토콜마다 목적과 특징이 다르다?

  1. IP : 네트워크 간의 주소를 지정
  2. ARP : IP 주소와 MAC 주소를 대응
  3. HTTPS : 보안상 HTTP에 비해 안전
  4. TCP : UDP보다 높은 신뢰성

또한 각각의 목적과 특징이 다른 프로토콜로 구성된 '패킷의 내용' 또한 달라질 수 있다.

네트워크 참조 모델(network reference model)

패킷을 주고받는 과정에도 정형화된 순서가 있고, 계층적으로 표현한 것을 지칭한다. 대표적으로 OSI 모델과 TCP/IC 모델이 있다.

 

※ OSI 모델

국제 표준화 기구(ISO, International Organization for Standardization)에서 만든 네트워크 참조 모델로, 통신 단계를 7개의 계층으로 나눠 OSI 7계층이라고 부른다.

응용 계층
(application layer)		 사용자와 가장 밀접하게 맞닿아 있어 여러 네트워크 서비스를 제공하는 계층
대표적인 프로토콜 : HTTP, HTTPS, DNS 등
표현 계층
(presentation layer)		 인코딩과 압축, 암호화와 같은 작업을 수행
세션 계층
(session layer)		 응용 프로그램 간의 연결 상태를 의히하는 세션(session)을 관리하기 위한 계층
전송 계층
(transport layer)		 패킷이 유실되거나 순서가 바뀌는 경우에 대비해, 신뢰성 있는 전송을 가능하게 하는 계층
포트(port)라는 정보를 통해 특정 응용 프로그램과의 연결 다리 역할을 수행하는 계층
대표적인 프로토콜 : TCP, UDP
네트워크 계층
(network layer)		 네트워크 간 통신을 가능하게 하는 계층
LAN을 넘어 다른 호스트와 통신을 주고받기 위해 필요한 계층
네트워트 간 통신 과정에서 호스트를 식별할 수 있는 주소(IP 주소)를 사용
대표적으로 사용되는 프로토콜 : IP
데이터 링크 계층
(data link layer)		 같은 LAN에 속한 호스트끼리 올바르게 정보를 주고받기 위한 계층
같은 네트워크에 속한 호스트를 식별할 수 있는 주소(MAC 주소)를 사용
물리계층을 통해 주고받는 정보에 오류가 없는지 확인
물리 계층와 밀접하게 연관된 계층
하드웨어와 밀접하게 맞닿아 있는 계층
물리 계층
(physical layer) 		가장 최하위 계층으로, 비트 신호를 주고 받는다.
신호를 유무선 통신 매체를 통해 운반하는 계층이다.

 

세션 계층과 표현 계층은, 두 계층을 명확하게 구분하지 않거나 응용 계층에 포함하여 간주하는 경우가 많다.

 

 

※ TCP/IP 모델

TCP/IP 4계층이라고도 불린다.

응용 계층
(application layer)		 OSI 모델의 세션 계층, 표현 계층, 응용 계층을 합친 것과 유사
전송 계층
(transport layer)		 OSI 모델의 전송 계층과 유사
인터넷 계층
(internet layer)		 OSI 모델의 네트워크 계층과 유사
네트워크 액세스 계층
(network access layer)		 링크 계층(link layer) 또는 네트워크 인터페이스 계층(network interface layer)이라고 하며,
OSI 모델의 데이터 링크 계층과 유사

 

Q. OSI 모델과 TCP/IP 모델의 차이는 무엇인가?

  • OSI 모델은 주로 네트워크의 이론적 기술을 목적으로 사용
  • TCP/IP 모델은 구현과 프로토콜에 중점을 둔 네트워크 참조 모델

각 모델이 만들어진 목적이 다른 만큼 두 모델에 대한 직접적이고 엄밀한 비교는 어렵다.

 

 

캡슐화와 역캡슐화

패킷의 송수신 과정 중 송신 과정에서는 캡슐화가 이루어지고, 수신 과정에서는 역캡슐화가 이루어진다. 이를 이해하려면, 네트워크 계층 구조를 통한 송수신과 패킷의 구조를 상기해야 한다.

  • 캡슐화(encapsulation) : 송신 과정에서 헤더 (및 트레일러)를 추가해 나가는 과정
  • 역캡슐화(decapsulation) : 캡슐화 과정에서 붙인 헤더 (및 트레일러)를 각 계층에서 확인한 뒤 제거하는 과정
계층 패킷의 이름
그 이상의 계층 데이터(data) 또는 메시지(message)
전송 계층 TCP -> 세그먼트(segment)
UDP -> 데이터그램(datagram)
네트워크 계층 패킷(이하 IP 패킷) 또는 데이터그램
데이터 링크 계층 프레임(frame)
물리 계층 심볼(symbol) 또는 비트(bit)

 

■  네트워크 지도 그리기

물리 계층과 데이터 링크 계층

  • '이더넷' 이라는 공통된 기술을 기반으로 구현된다.
  • 물리 계층에서는 유무선 통신 매체에 대해, 데이터 링크 계층에서는 주고받는 프레임의 형태를 학습하며 네트워크 장비들을 접하게 된다.
NIC : 네트워크와 연결 다리 역할을 하는 하드웨어
허브 : 물리 계층의 대표적인 하드웨어
스위치 : 데이터 링크 계층의 대표적인 하드웨어

 

 

네트워크 계층

  • IP : 가장 중요한 프로토콜
  • IP 주소 : IP 기반 주소 체계
  • ICMP : IP의 전송 특징을 보완
  • ARP 프로토콜
DHCP는 엄밀히 말해 응용 계층의 프로토콜이지만, 네트워크 계층과 깊은 연관이 있는 프로토콜이다.

 

전송 계층

  • TCP : 연결 수립 기능, 오류 * 흐름 * 혼잡 제어 기능, 상태 관리 기능을 제공한다
  • UDP

 

응용 계층

  • HTTP
  • DNS, URI / URL : HTTP를 온전히 이해하기 위해 알고 있어야 하는 개념
  • HTTP의 메소드, 상태 코드, 헤더
  • 쿠키
  • 캐시
  • 콘텐츠 협상
  • HTTPS : 안전하게 HTTP 메시지를 송수신할 수 있도록 하는 프로토콜
  • TLS / SSL : HTTPS 프로토콜의 원리가 되는 프로토콜

참고 도서

이것이 컴퓨터 과학이다

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