네트워크 - (1) 기본 구조와 계층

이번 글에서는 네트워크에 대한 기본 지식을 다져보고자 한다.

참고 도서인 "모두의 네트워크 - 미즈구치 카츠야"를 읽으며 정리한 글이다.

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네트워크는 컴퓨터간의 데이터 및 웹 사이트 조회 등을 가능하도록 하는 역할을 한다.

우리가 잘 알고 있는 인터넷 역시 네트워크 종류 중 하나에 속한다.

인터넷은 모든 네트워크를 연결하는 거대한 네트워크이다.

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네트워크는 패킷이라는 규칙을 바탕으로 데이터를 전송한다.

규모가 큰 데이터일 경우 패킷으로 잘게 쪼개어 전송하여 대역폭 사용을 분할한다.

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네트워크의 범위

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- 랜(LAN) : 특정 지역으로 범위를 정할 수 있는 네트워크

- 왠(WAN) : 넓은 범위의 네트워크

왠의 경우 넓은 범위를 다루기 때문에 속도는 느리고 오류가 발생할 가능성이 높다.

랜은 그 반대이다.

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우리가 흔히 사용하는 네트워크는 인터넷 서비스 제공자(ISP, 우리나라로 치면 통신 회사인 KT, U+, SK브로드밴드 등이 해당한다)의 서비스로 각 건물/지역 단위의 랜이 연결되어 왠을 구성한다.

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즉 새로운 집을 구했을 때는 인터넷 서비스 제공자를 누구로 선택할 것인지를 결정하고, 인터넷 회선을 결정하면 공유기(가정용 라우터)로 인터넷을 사용할 수 있다.

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하지만 회사의 경우 네트워크 구성하는 방법이 조금 다르다.

DMZ(DeMilitarized Zone)라는 개념이 등장하는데, 이는 외부 공개용 네트워크로서 웹사이트 및 메일 사용 등을 위해 회사의 DNS 서버를 외부로 공개한다.

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네트워크의 기본 규칙

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네트워크는 데이터를 원활히 주고 받기 위해 통신 규약(프로토콜)이 정해져있다.

통신 규격 중에는 OSI 모델과 TCP/IP 모델 두 가지가 대표적이다.

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OSI는 물리 / 데이터 링크 / 네트워크 / 전송 / 세션 / 표현 / 응용 계층으로 총 7가지 층계로 구성되어 있다.

데이터를 전송하는 측에서는 상위 -> 하위 계층 순으로 거쳐 전달하고, 수신 측에서는 하위 -> 상위 순으로 수신한다.

TCP/IP는 OSI에서 층계를 조금 낮춘 4계층 모델이다 : 네트워크 접속 / 인터넷 / 전송 / 응용

출처 : https://terms.naver.com/entry.nhn?docId=2271810&cid=51207&categoryId=51207

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네트워크를 통해 데이터를 전송 시에는 캡슐화하여 각 계층으로 보내게 된다.

데이터를 전달할 곳에 대한 정보를 '헤더'로 담아 전송하고자 하는 데이터 앞에 붙여 나가게 된다.

데이터를 수신하는 곳에서는 이 헤더를 차례로 제거하는 과정인 역캡슐화를 통해 최종적으로 데이터를 수신한다.

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네트워크의 7계층 - (1) 물리 계층

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데이터를 전송할 때, 컴퓨터가 이해할 수 있는 0 과 1 만으로 구성된 비트열을 전기 신호로 변환하기 위해서는 물리 계층이 필요하다.

흔히 컴퓨터에 내장된 랜 카드가 바로 이 비트열을 전기 신호로 변환하는 역할을 하는 것이다.

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네트워크의 전송 매체, 즉 수신측과 송신측 사이의 물리적인 선로는 유선과 무선으로 나뉜다.

유선 중 가장 대표적인 것이 트위스트 페어 케이블이고, 이는 UTP케이블과 STP케이블로 나뉘게 된다.

UTP는 실드라고 하는 노이즈를 막아주는 구성요소가 없지만, 저렴하다는 이유로 많이 사용하고 있다.

STP는 반대로 노이즈를 막아주는 실드가 있어 상대적으로 가격이 비싸다.

이 두 가지는 랜 케이블 선이라고도 더 많이 불린다.

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물리 계층에는 여러 포트를 지닌 허브가 전기 신호를 증폭하는 기능을 한다.

전기 신호가 전송되는 과정에서 노이즈의 영향을 받아 변형되었을 때, 허브가 정상으로 되돌리곤 한다.

이렇게 수신한 데이터를 포트로 전송한다.

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네트워크의 7계층 - (2) 데이터 링크 계층

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데이터 링크 계층은 네트워크 장비 간 주고받는 신호에 대한 규칙을 정하는 계층이다.

여러 규칙 중 가장 많이 사용되는 규칙은 '이더넷(Ethernet)'이다.

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앞서 살펴본 허브는 더미 허브라는 이름을 지니고 있는데, 그 이유는 연결된 포트로 송신하는 데이터를 최종 전달지 이외의 곳에도 전달하기 때문이다. 이 때 이더넷과 같이 데이터 목적지 정보를 추가하여 보낼 경우 전달지가 아닌 곳에는 데이터를 무시하도록 하게 할 수 있다.

또한 여러 데이터를 동시에 보낼 경우 충돌이 발생할 수 있는데, 이 충돌도 방지하기 위해 데이터를 전송하는 시점을 늦추기도 한다. (CSMA/CD라고 부름)

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랜 카드에는 MAC 주소라는 번호가 정해져 있다.

각 계층에서 데이터에 헤더를 붙일 때, 출발지와 목적지의 MAC주소를 포함하여 붙이게 되어 있다.

방금 전 이더넷에서 최종 목적지가 아닌 경우 데이터 수신을 무시하게끔 되어 있다고 하였는데, 그 때 이 MAC주소를 확인하여 도착지 MAC주소가 본 컴퓨터의 MAC주소와 다를 경우 무시하게 되어 있다.

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링크 계층에는 스위치라는 장비가 있다.

이 장비는 MAC 주소 테이블을 소유하고 있는데, 테이블에는 스위치가 소유한 포트 번호와 해당 포트에 연결된 MAC주소가 매핑되어 등록되어 있다.

이 테이블에 전송하고자 하는 도착지의 MAC주소가 등록되어 있지 않을 때에는 스위치에 연결된 모든 포트로 데이터를 내보내기 때문에 '플러딩(flooding)'이 발생하고, 그 반대로 주소가 등록되어 있을 경우에는 MAC주소 필터링이 일어난다.

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데이터 전송 구조의 경우에는 전이중 통신 방식과 반이중 통신 방식이 있다.

전이중 통신 방식은 데이터 송수신을 동시에 통신을 하는 방식이고, 반이중의 경우는 송수신을 번갈아가며 통신한다.

앞서 살펴본 허브의 경우에는 송수신 통로가 따로 나뉘어져있지 않아 반이중 통신 방식을 사용하게 된다.

스위치의 경우 전이중 통신 방식을 사용할 수 있어 더욱 효율적으로 네트워크를 사용할 수 있다.

이에 따라 요즈음은 허브보다는 스위치를 많이 사용하는 추세이다.

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참고 도서

모두의 네트워크, 미즈구치 카츠야 - https://book.naver.com/bookdb/book_detail.nhn?bid=13735927

 

모두의 네트워크

네트워크를 전혀 몰라도 괜찮다!초보자와 비전공자를 위한 가장 쉬운 네트워크 입문서[모두의 네트워크]는 이제 막 네트워크를 공부하기 시작했거나 공부해야겠다고 마음먹은 초급자를 대상으로 한 입문서다. 네트워크의 개념, 비트, 바이트부터 OSI 계층, 무선 랜 구조까지 160개의 일러스트와 유쾌한 캐릭터들의 대화로 설명해 그림책을 읽듯 쉽고 재미있게 네트워크 관련 지식을 익힐 수 있다. [모두의 네트워크]로 누구나 쉽게 네트워크를 익혀 보자!

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