[네트워크] 네트워크 기초(1) - 네트워크의 기본 구조와 기능

네트워크 기술의 이해

데이터 통신에는 다양한 요소들이 복잡하게 얽혀 있으며, 이를 이해하는 것은 정보통신 기술을 이해하는데 중요한 부분입니다. 이 글에서는 네트워크 기술의 기초적인 부분을 설명하고, 이를 통해 전반적인 통신 시스템을 이해하는 데 도움을 제공하고자 합니다. 이 기술들은 우리가 지금 이 글을 읽고 있는 인터넷을 가능하게 하는 기반이기도 합니다.

1. 회선 교환 방식과 패킷 교환 방식

데이터가 어떻게 네트워크를 통해 이동하는지 이해하려면 먼저 '회선 교환 방식'과 '패킷 교환 방식'에 대해 알아야 합니다.

1.1 회선 교환 방식(circuit exchange method)

회선 교환 방식은 데이터를 교환하기 전에 1:1의 전송로를 만들고, 교환을 마칠 때까지 전송로를 계속 사용하는 방식입니다. 이 방식은 회선을 점유할 수 있기 때문에 안정적인 통신 품질을 유지할 수 있습니다. 그러나 데이터가 흐르지 않을 때에도 회선이 연결되어 있으므로 회선 이용 효율이 낮습니다. 따라서 대량의 데이터 교환에 적합한 통신방식은 아닙니다.

1.2 패킷 교환 방식(packet exchange method)

패킷 교환 방식은 데이터를 패킷 단위로 나누어 네트워크로 보내는 방식입니다. 송신 측 컴퓨터는 데이터에 헤더 정보를 붙여 패킷을 생성하고, 이를 패킷 교환 네트워크로 보냅니다. 헤더에는 수신 컴퓨터 정보, 데이터 중 몇 번째 패킷인지 등의 다양한 정보가 포함되어 있습니다. 패킷 교환 네트워크는 이 헤더 정보를 보고 수신 컴퓨터로 패킷을 전달하고, 수신 컴퓨터는 헤더 정보를 바탕으로 원 데이터로 복원합니다.

패킷 교환 방식은 필요할 때 필요한 만큼만 회선을 사용할 수 있고, 같은 회선을 사용해 다른 사용자의 데이터도 전송할 수 있어 효율적입니다. 또한, 패킷이 사라지거나 손상될 경우 해당 패킷만 다시 전송하여 빠르게 복구할 수 있습니다. 현대 네트워크는 거대한 패킷 교환 네트워크로 구성되어 있습니다.

2. 프로토콜이란?

프로토콜은 네트워크에서 패킷을 처리하기 위한 규칙입니다. 물리적 사양부터 데이터 전송, 신뢰성 확립, 보안 확보 등을 규정하며, 이는 계층적 구조를 가지고 있습니다. 대표적으로 TCP/IP 참조 모델과 OSI 참조 모델이 있습니다.

OSI 참조 모델 및 TCP/IP 참조모델

2.1 TCP/IP 참조 모델

TCP/IP 참조 모델은 네트워크의 동작 원리를 설명하기 위해 만들어진 모델로, 네트워크 계층 구조를 4단계로 나누어 각 계층에서 수행하는 역할을 정의합니다.

2.1.1 링크 계층 (Link Layer)

링크 계층은 디지털 데이터를 물리적인 전송매체로 보내는 변환/변조 및 그 신뢰성을 확보하는 처리를 수행합니다. 같은 네크워크에 있는 단말과의 연결성을 확보하며, IEEE 802.3, IEEE 802.11 등의 프로토콜이 이 계층에서 작동합니다.

2.1.2 인터넷 계층 (Internet Layer)

인터넷 계층은 수신지가 되는 컴퓨터까지 통신 경로를 확보하는 처리를 수행합니다. 다른 네트워크에 있는 단말과의 연결성을 확보하며, IP와 ICMP 등의 프로토콜이 이 계층에서 작동합니다.

2.1.3 트랜스포트 계층 (Transport Layer)

트랜스포트 계층은 애플리케이션을 식별하고 그에 따라 통신을 제어합니다. TCP와 UDP 등의 프로토콜이 이 계층에서 작동합니다.

2.1.4 애플리케이션 계층 (Application Layer)

애플리케이션 계층은 사용자가 직접적으로 이용하는 애플리케이션의 네트워크 통신을 제어하는 처리를 수행합니다. HTTP, FTP, SMTP 등의 프로토콜이 이 계층에서 작동합니다.

2.2 OSI 참조 모델

OSI 참조 모델은 TCP/IP 모델과 같이 네트워크의 동작 원리를 설명하기 위해 만들어진 모델이지만, 좀 더 세분화된 7단계의 계층 구조로 이루어져 있습니다.

2.2.1 물리 계층 (Physical Layer)

물리 계층은 디지털 데이터를 전기적 신호로 변환하여 네트워크 매체에 보내는 역할을 합니다.

2.2.2 데이터 링크 계층 (Data Link Layer)

데이터 링크 계층은 물리 계층을 통해 전송되는 데이터의 오류 검출 및 제어를 담당합니다. 또한, 이 계층에서는 맥(Media Access Control) 주소를 사용하여 통신을 제어합니다.

2.2.3 네트워크 계층 (Network Layer)

네트워크 계층은 데이터의 전송 경로를 결정하는 역할을 합니다. IP 프로토콜이 이 계층에서 작동하며, IP 주소를 사용하여 통신을 제어합니다.

2.2.4 전송 계층 (Transport Layer)

전송 계층은 TCP/IP의 트랜스포트 계층과 같은 역할을 합니다. TCP와 UDP 프로토콜이 이 계층에서 작동합니다.

2.2.5 세션 계층 (Session Layer)

세션 계층은 네트워크상의 두 컴퓨터 간의 통신 세션을 설정, 관리, 종료하는 역할을 합니다.

2.2.6 표현 계층 (Presentation Layer)

표현 계층은 데이터의 형식 변환, 암호화, 압축 등을 담당합니다. 이 계층을 통해 시스템 간의 상호 운용성이 가능해집니다.

2.2.7 응용 계층 (Application Layer)

응용 계층은 TCP/IP의 애플리케이션 계층과 같은 역할을 합니다.

3. 표준화 단체

3.1 IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers)

전기 및 전자 엔지니어링 분야에서 가장 널리 인정받는 전문가 조직인 IEEE는 다양한 기술 표준을 개발하고 유지 관리합니다. 그중에서도 "IEEE 802" 표준은 네트워킹, 특히 LAN과 MAN에 사용되는 표준들을 포함하고 있습니다.

3.2 IETF (Internet Engineering Task Force)

IETF는 인터넷 표준을 개발하고 프로모트하는 기구입니다. 이 조직은 인터넷 프로토콜과 관련된 이슈에 대해 연구하고, 인터넷의 발전에 대한 추천 사항을 제공합니다. 이들의 작업에는 TCP/IP와 관련된 기술 표준이 포함되어 있습니다.

4. 계층 별 연계 구조

4.1 캡슐화

네트워크에서 데이터는 송신하는 시스템에서 "캡슐화"라는 프로세스를 거칩니다. 이 프로세스에서는 각 네트워크 계층에서 데이터에 헤더가 추가되며, 이렇게 만들어진 데이터 단위를 PDU (Protocol Data Unit)라고 합니다. 캡슐화는 송신자의 애플리케이션 계층에서 시작하여 아래로 내려가며 진행됩니다.

4.2 비캡슐화

수신 시스템에서는 데이터를 "비캡슐화"하게 됩니다. 이 프로세스는 캡슐화의 반대로, 각 네트워크 계층에서 데이터의 헤더를 제거하며 진행됩니다. 비캡슐화는 수신자의 물리 계층에서 시작하여 위로 올라가며 진행됩니다.

4.3 커넥션 및 커넥션리스 전송

• 커넥션 전송은 데이터를 전송하기 전에 송수신자간에 연결을 설정하는 통신 방식입니다. 이 방식은 데이터 전송의 순서를 보장하며, 데이터가 손실되거나 손상되는 것을 방지합니다. TCP는 커넥션 전송의 예시입니다.
• 커넥션리스 전송은 연결 설정 없이 데이터를 전송하는 통신 방식입니다. 이 방식은 빠른 데이터 전송을 가능하게 하지만, 데이터 전송의 순서를 보장하지 않으며, 데이터 손실이 발생할 수 있습니다. UDP는 커넥션리스 전송의 예시입니다.

이러한 네트워크 기술의 이해는 데이터 통신에 있어서 중요한 요소입니다. 이를 바탕으로 네트워크의 성능을 최적화하고, 필요한 기능을 구현하며, 효율적인 네트워크 구성을 계획할 수 있습니다. 이는 또한 현대 사회에서 중요한 역할을 하는 정보통신 기술의 발전에 크게 기여합니다.