[이것이 취업을 위한 컴퓨터 과학이다] : 네트워크의 큰 그림

네트워크의 기본 구조

네트워크는 노드와 간선으로 이루어진 자료구조라는 점에서 그래프의 형태를 띈다.

네트워크 기기가 노드이고, 네트워크 기기 간에 정보를 주고 받는 유무선의 통신 매체가 간선인 셈이다. 

네트워크 상에서 노드와 노드 사이의 연결 구조 - 네트워크 토폴로지

네트워크의 가장자리에 위치하면서 네트워크를 통해 주고 받는 정보를 최초로 송신하고 최종 수신하는 노드 - > 호스트

 

노트북과 같이 요청을 보내는 호스트 -> 클라이언트

구글의 서버 컴퓨터 처럼 응답을 보내는 호스트 -> 서버

 

클라이언트와 서버는 주고받는 정보의 방향에 따라 부여된 역할이다.

 

✔️ LAN 과 WAN

네트워크는 규모에 따라 LAN과 WAN으로 나뉜다.

 

📌 LAN

근거리 네트워크를 의미한다. 가정이나 기업처럼 비교적 가까운 거리를 연결하는 한정된 공간에서의 네트워크이다.

대체로 공유기를 통해 통신하고 있다면 LAN이 공유기를 기준으로 구축되었다고 볼 수 있다.

 

📌 WAN

원거리 네트워크를 의미한다.  WAN을 통해 LAN간의 통신이 이루어진다. 

인터넷을 가능하게 만드는 네트워크이다. 

일반적으로 ISP라는 인터넷 서비스 업체가 구축하고 관리한다.

대표적인 ISP 기업 - kt, skt, LG유플러스..

 

✔️ 패킷 교환 네트워크

네트워크를 통해 주고 받는 데이터는 한번에 송수신 되는 것이 아니라 여러 데이터로 쪼개져서 송수신된다.

네트워크를 통해 송수신되는 데이터의 단위 -> 패킷

 

패킷은 페이로드, 헤더로 구성되어있다. 때로는 트레일러라는 정보도 포함된다.

페이로드 - 패킷에서 송수신하고자 하는 데이터

헤더와 트레일러 - 패킷에 추가되는 부가 정보

✔️ 주소의 개념과 전송방식

주소 - 패킷의 헤더에 명시되는 정보로, 대표적으로 IP 주소와 MAC주소가 있다. 

 

송신자와 수신자가 일대일로 메시지를 주고받는 전송방식 -> 유니캐스트

네트워크상의 모든 호스트에게 메시지를 전송하는 전송방식 -> 브로드 캐스트

브로드 캐스트가 전송되는 범위 -> 브로드캐스트 도메인

네트워크 내 동일 그룹에 속한 호스트에게만 전송하는 전송 방식 -> 멀티 캐스트

동일 그룹에 속한 호스트 중 가장 가까운 호스트에게 전송하는 -> 애니 캐스트

두 호스트가 패킷을 주고받는 과정

네트워크 내의 호스트는 서로가 주고받을 내용을 이해할 수 있어야 하고, 이를 올바르게 주고 받을 수 있어야한다. 

 

✔️ 프로토콜

두 호스트가 주고 받는 패킷 속 내용은 서로가 이해할 수 있어야 한다. 

이를 위해 정한 규칙이 바로 프로토콜이다. 

네트워크에서 통신을 주고받는 노드 간의 합의 규칙이나 방법을 말한다. 

프로토콜 마다 목적과 특징이 다르다. 

 

예를들어, 

IP -> 네트워크 간의 주소를 지정한다는 목적을 지닌 프로토콜

ARP -> IP 주소와 MAC 주소를 대응시킨다는 목적을 지닌 프로토콜

HTTPS는 보안상 HTTP에 비해 안전하며, TCP는 UDP 에 비해 신뢰성이 높다. 

 

✔️ 네트워크 참조 모델

 

패킷을 주고 받는 과정에는 정형화된 순서가 있고, 계층적으로 표현할 수 있다. 이를 표현한것이 네트워크 참조 모델이다. 

대표적으로 OSI 모델과 TCP/IP 모델이 있다. 

 

📌 OSI 모델

국제 표준화 기구에서 만든 네트워크 참조 모델로, 통신 단계를 7계층으로 나눠 OSI 7계층이라고 부른다.

1. 물리계층
   가장 최하위 계층으로, 비트 신호를 주고 받는 계층이다. 0과 1로 이루어진 신호로 구성되며, 이러한 신호를 유무선 통신 매체를 통해 운반하는 계층이다.
2. 데이터 링크 계층
   같은 LAN에 속한 호스트끼리 올바르게 정보를 주고받기 위한 계층이다. 같은 네트워크에 속한 호스트를 식별할 수 있는 주소(MAC 주소)를 사용하고, 물리 계층을 통해 주고받는 정보에 오류가 없는지 확인하기도 한다.
3. 네트워크 계층
   네트워크 간 통신을 가능하게 하는 계층이다. 데이터 링크 계층이 기본적으로 같은 LAN에 속한 호스트끼리 올바르게 정보를 주고받기 위해 필요한 계층이라면, 네트워크 계층은 LAN을 넘어 다른 네트워크와 통신을 주고받기 위해 필요한 계층이다. 통신과정에서 IP 주소가 필요하다. 
4. 전송계층
   패킷은 전송 도중에 유실될 수도 있고 순서가 뒤바뀔 수도 있는데 이러한 상황에 대비해 신뢰성 있는 전송을 가능하게 하는 계층이다. 포트라는 정보를 통해 특정 응용 프로그램과의 연결다리 역할을 수행하는 계층이기도 하다. 
   전송계층에 속한 대표적인 프로토콜은 TCP, UDP가 있다.
5. 세션 계층
   응용 프로그램 간의 연결 상태를 의미하는 세션을 관리하기 위한 계층이다.
   응용프로그램 간의 연결상태를 유지하거나 새롭게 생성하고 필요하다면 연결을 끊는 역할을 한다.
6. 표현 계층
   번역가와 같은 역할을 하는 계층으로 인코딩과 압축, 암호화와 같은 작업을 수행한다. 
7. 응용 계층 
   사용자와 밀접하게 맞닿아 있어 여러 네트워크 서비스를 제공하는 계층으로, 중요한 프로토콜이 다수 포함되어 있다.
   HTTP, HTTPS,DNS 등

📌 TCP/IP 모델

1. 네트워크 액세스 계층
   링크 계층, 네트워크 인터페이스 계층 이라고도 불린다. 
   OSI 데이터링크 계층과 유사하다. 
2. 인터넷 계층 
   OSI 모델의 네트워크 계층과 유사하다. 
3. 전송계층
   OSI 모델의 전송계층이다. 
4. 응용계층 
   OSI 모델의 세션, 표현, 응용 계층을 합친 것과 유사하다. 

📌 캡슐화와 역캡슐화

패킷의 송수신 과정 중 송신과정에는 캡슐화, 수신 과정에는 역캡슐화가 이루어진다. 

 

캡슐화 : 송신과정에서 헤더 (및 트레일러)를 추가해 나가는 과정

역캡슐화 : 캡슐화과정에서 붙인 헤더 (및 트레일러)를 각 계층에서 확인한 뒤 제거하는 과정

 

각 계층에서 주고받는 패킷을 지칭하는 이름이 다르다. 

 

캡슐화와 역캡슐화의 과정을 그림으로 나타내면 다음과 같다. 

 

 

네트워크에 대한 큰지도를 그려보면 다음과 같다.