컴퓨터 네트워크 찍어먹기

이 글은 혼자 공부하는 네트워크를 보고 이해한 내용을 작성하였다.

컴퓨터 네트워크 시작하기

먼저 네트워크란 무엇이고, 네트워크와 인터넷의 차이점에 대해 알아보겠다.

컴퓨터 네트워크(네트워크): 여러개의 장치(데스크톱, 노트북, 스마트폰 등)가 마치 그물처럼 서로 연결되어 정보를 주고 받을 수 있는 통신망.

인터넷: 네트워크를 통해 서로 연결된 장치 뿐만 아니라 지구 반대편에 있는 장치와 정보를 주고 받을 수 있도록 하는 네트워크. "네트워크의 네트워크"

네트워크를 장치를 연결하는 통신망, 인터넷은 네트워크를 연결하여 네트워크 끼리 정보를 주고 받게 한다는 점에서 차이가 있다.

네크워크 거시적으로 살펴보기

네트워크는 여러 장치가 서로 연결하여 정보를 주고 받을 수 있는 통신망이기 때문에, 이 모양을 그래프로 표현 가능하다. 그래프의 노드는 장치, 간선은 각 장치의 연결 관계를 나타낸다고 생각하면 된다.

네트워크의 기본 구조

모든 네트워크는 노드, 노드를 연결하는 간선, 노드간 주고 받는 메시지로 구성된다.

호스트

네크워크의 가장자리에 위치한 노드를 호스트라고 한다. 호스트는 서버, 데스크톱, 노트북 등이 될 수 있으며 최초로 정보를 생성 및 송신하고 최종적으로 수신한다. 호스트는 특정 역할에 따라 서버와 클라이언트로 구분할 수 있다.

서버: 어떤 서비스를 제공하는 호스트 (파일 서버, 웹 서버, 메일 서버)

클라이언트: 서버에세 어떠한 서비스를 요청하고 서버의 응답을 제공받는 호스트

네트워크 장비

네트워크의 가장자리에 위치하지 않는 중간 노드, 즉 호스트 간 주고받을 정보가 중간에 거치는 노드 호스트 간 주고 받는 정보가 원하는 수신지까지 안정적이고 안전하게 전송될 수 있도록 한다. 이더넷, 허브, 스위치, 라우터, 공유기 등이 있다.

호스트, 네트워크 장비, 서버, 클라이언트는 완전히 베타적인 개념이 아니다!

위와 같은 개념들은 노드의 역할에 따라 구분한 기준에 불과하다는 것에 유의해야 한다. 호스트가 네트워크 장비의 역할을 할 수도 있고, 클라이언트가 서버의 역할을 수행할 수 도 있다는 것이다. 이러한 역할의 노드가 있다~ 정도로 이해하는 것이 좋다.

통신 메체

호스트와 네트워크 장비를 유무선 메체를 통해 연결하는 간선을 통신 매체라고 한다. 통신 메체에는 유선 매체와 무선 매체가 있다. 말 그대로 무선와 유선의 차이이다.

메시지

통신 메체로 연결된 노드가 주고받는 정보를 메시지라고 한다. 메시지는 파일, 메일 혹은 웹 페이지 등 여러 종류가 될 수 있다.

범위에 따른 네트워크 분류

네크워크는 형성된 범위에 따라 분류하는 기준이 존재한다. 크게 LAN과 WAN으로 구분하며, 그외 CNA과 MAN이라는 기준도 존재한다.

LAN(Local Area Network)

가까운 지역을 연결한 근거리 통신망을 의미한다. 가정, 학교, 기업처럼 한정된 공간의 네트워크를 LAN이라 할 수 있다.

WAN(Wide Area Network)

먼 지역을 연결하는 광역 통신망을 의미한다. 멀리 떨어진 LAN, 다시 말해 다른 소속의 LAN들이 통신할 수 있도록 하는 역할이다. 앞서 설명한 인터넷이 바로 이 WAN이다.

WAN은 ISP(인터넷 서비스 업체)가 구축하고 관리하며, 우리는 ISP에 통신비를 지불하여 인터넷을 사용한다. 한국의 대표적인 ISP는 KT, LG유플러스, SK브로드밴드 등이 있다.

CNA과 MAN

CNA(Campus Area Network)과 MAN(Metropolitan Area Network)은 LAN과 WAN의 사이에 있는 기준이다.

WAN > MAN > CAN > LAN

메시지 교환 방식에 따른 네트워크 분류

호스트들이 네트워크를 통해 효율적으로 메시지를 주고 받기 위해, 대표적으로 회선 교환 방식과 패킷 교환 방식을 사용한다.

회선 교환 방식

메시지 전송로인 회선을 설정하고, 이를 통해 메시지를 주고받는 방식이다. "회선을 설정한다"라는 의미는 메시지를 주고 받기 전, 두 호스트 사이를 연결할 회선을 먼저 확보한다는 의미이다.

호스트간 회선을 적절하게 설정하기 위해 회선 스위치라는 회선 교환 네트워크 장비를 사용한다.

장점

두 호스트 사이에 연결을 확보한 후 메시지를 주고 받기 때문에 주어진 시간동안 전송되는 정보의 양이 비교적 일정하다.

단점

회선의 이용 효율이 낮아질 가능성이 있다.

패킷 교환 방식

메시지를 패깃이라는 작은 단위로 쪼개어 전송한다. 패킷은 교환 네크워크 상에서 송수신되는 메시지의 단위이다.

패킷 교환 방식은 정해진 경로만으로 메시지를 송수신 하지 않기 때문에 최적의 경로를 결정하고 패킷 송수신지를 식별해야 한다. 이를 위해 라우터와 스위치 같은 패킷 스위치 네크워크 장비를 사용한다.

패킷의 구성

네트워크의 패킷은 페이로드, 헤더, 트레일러로 구성되어 있다.

페이로드는 전송하고자 하는 데이터, 헤더와 트레일러는 부가 정보 또는 제어 정보가 들어있다.

주소와 송수신지 유형에 따른 전송방식

패킷에 담기는 대표적인 정보로는 주소가 있다. 주소는 송수신지를 특정하는 정보를 의미한다. IP 주소 혹은 MAC 주소가 여기에 포함된다.

그리고 이런 송수신지를 특정할 수 있는 주소가 있다면, 송수신지 유혀엥 따라 다양한 방식으로 메시지를 보낼 수 있다.

유니캐스트: 하나의 수신지에 메시지를 전송하는 방식 (1 : 1)

브로드개스트: 자신을 제외한 네트워크상의 모든 호스트에게 전송하는 방식. 브로드캐스트가 전송되는 범위를 브로드캐스트 도메인 이라고 한다.

멀티캐스트: 네트워크 내의 동일 그룹에 속한 호스트에게만 전송하는 방식

애니캐스트: 네크위크 내의 동일 그룹에 속한 호스트 중 가장 가까운 호스트에게 전송하는 방식

네크워크 미시적으로 살펴보기

프로토콜

노드 간에 정보를 올바르게 주고받기 위해 합의된 규칙이나 방법을 의미한다.

네트워크 상의 노드는 수많은 종류의 통신 장비들로 이루어져 있는데, 각 장비가 요구하는 정보의 형식이 다르다면 원활한 통신이 불가능 할 것이다. 그래서 네트워크에서는 프로토콜 이라는 약속을 통해 원활한 통신을 가능하게 한다.

네트워크 참조 모델

네크워크로 메시지를 송수신 하는 과정에서 정형화된 여러 단계를 거치게 된다. 이 과정을 계층으로 나눈 구조들을 네크워크 참조 모델 또는 네트워크 계층 모델이라고 한다. 네크워크 참조 모델을 사용하면 구성과 설계와 네크워크 문제 진단 및 해결에 용이한 장점이 있다.

OSI 모델

국제 표준화 기구에서 만든 네트워크 참조 모델이다. 통신 단계를 7계층으로 나눠 표현한다.

물리 계층
- 최하단 계층으로, 1과 0으로 표현되는 비트 신호를 주고 받는 계층
데이터 링크 계층
- 네크워크 내 주변 창치 간의 정보를 주고 받기위한 계층
네크워크 계층
- 메시지를 다른 네트워크에 속한 수신지까지 전달하는 계층
전송 계층
- 신뢰성 있고 안전성 있는 전송을 해야 할 때 필요한 계층
세션 계층
- 통신을 주고 받는 호스트의 응용 프로그램 간 연결 상태를 관리하기 위한 계층
표현 계층
- 사람이 이해할 수 있는 언어인 문자를 컴퓨터가 이해할 수 있는 코드로 변환, 압축, 암호화 작업하는 계층
응용 계층
- 최상단 계층으로, 사용자가 이용할 응용 프로그램에 다양한 네트워크 서비스를 제공하는 계층

TCP/IP 모델

앞서 본 OSI 모델은 주로 네크워크를 이론적으로 기술할 때 사용하는 반면, TCP/IP 모델은 구현에 중점을 둔 모델이다.

네트워크 엑세스 계층
- 링크 계층 또는 네트워크 인터페이스 계층이라고도 불리며, OSI 모델의 데이터 링크 계층과 유사
인터넷 계층
- OSI 모델의 전송 계층과 유사
전송 계층
- OSI 모델의 전송 계층과 유사
응용 계층
- OSI 모델의 세션 계층, 표현 계층, 응용 계층을 합친 것과 유사

캡슐화와 역캡슐화

패킷의 송신 과정에서 캡슐화가 이루어 지고, 수신 과정에서 역캡슐화가 이루어 진다. 이는 네크워크 참조 모델의 계층 관점에서 봤을 때 송신의 경우 가장 높은 계층에서 낮은 계층으로, 수신은 가장 낮은 계층에서 높은 계층으로 이동하는 것을 알 수 있다.

캡슐화

송신 과정에서 헤더 및 트레일러를 추가해 나가는 과정을 말한다. 한 단계 아래 계층은 바로 위의 계층으로 부터 받은 패킷에 헤더 및 트레일러를 추가한다.

역캡슐화

캡슐화의 반대 작업이다. 수신할 때 캡슐화 과정에서 붙였던 헤더 및 트레일러를 각 계층에서 확인 뒤 제거하는 과정이다.

PDU

각 계층에서 송수신되는 메시지의 단위를 PDU(Protocol Data Unit) 라고 한다. 아래는 각 계층에 대한 PDU이다.

전송 계층의 PDU는 TCP 프로토콜이 사용되었을 경우 세크먼트, UDP 프로토콜이 사용되었을 경우 데이터그램이 된다.

‼️ OSI 7계층, TCP/IP 계층은 사실 아무것도 해주지 않는다!

네트워크 참조 모델에 근거하여 반드시 특정 계층에 완벽하게 대응될 것이라 오해할 수 있는데, 말 그대로 "참조 모델" 이기 때문에 네트워크 구조에 대한 개념 참조를 위해 사용하는 것이 바람직 하다.

지금도 새로운 프로토콜 혹은 네트워크 장비들이 나오고 있는데, 모든 프로토콜이나 장비들이 특정 계층에 완벽하게 대응하지는 않는다.

그러니 네크워크 참조 모델이나 특정 계층은 네트워크를 작동시키는 주체나 반드시 지켜야 하는 "규칙"이 아닌 그저 "모델" 이라는 걸 잘 기억해 두어야 한다.