[네트워크] 혼공네트 독서 #1 - 네트워크 개관, 네트워크 참조모델 기초

거시적관점에서의 네트워크

노트북, 스마트폰 등 대부분의 현대 전자장치는 주변 장치들과 유무선으로 연결되어 정보를 주고받는다. 이렇게 다른 장치끼리 그물망 같이 연결되어 정보를 주고받는 통신망을 네트워크라고 칭한다.

 

인접된 장치 간 정보를 주고 받는 것이 아니라, 멀리 떨어진 장치와도 정보를 주고받을 수 있도록 네트워크 간 또 하나의 통신망을 만들 수 있는데 이를 인터넷이라고 한다.

 

모든 네트워크는 노드(정보를 주고받을 수 있는 장치), 간선(노드 간 연결), 메시지(노드 간 주고받는 정보)로 구성되어있다.

그 중에서 네트워크의 가장자리에 위치한 노드들은 정보를 송수신하는 주체가 된다. 이 노드들을 호스트라고 칭한다. 스마트폰이나 컴퓨터 같은거..

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범위에 따라서 네트워크를 구분하면 크게

- LAN

Local Area Network, 근거리 통신망으로 집이나 한 건물에서 등 한정된 공간에서의 네트워크를 말한다.

- WAN

Wide Area Network, 원거리 광역 통신망으로 멀리 떨어진 LAN끼리 연결하는 역할을 한다. 인터넷이 이에 해당하며, 같은 LAN끼리에서의 소통은 WAN이 필요없지만, 다른 네트워크 간 소통을 위해서는 WAN이 필요하다.

로 나눌 수 있고

 

메시지 교환방식에 따라서 구분하면

- 회선교환방식 (Circuit switching)

메시지 전송로인 회선을 설정하고 이를 통해 메시지를 주고받는 방식. 호스트 간 정보교환을 위해서는 두 호스트가 회선을 통해 연결된 뒤에 정보를 교환한다. 그리고 이 회선의 경로를 적절하게 설정하는 네트워크 장비로는 회선 스위치가 있다. 전통적인 전화망이 이에 해당한다. 수신자와 송신자 간의 연결이 설정되어야하는 방식

 

다만 단점으로는 메시지를 전송 중이지 않은 회선이 많아질수록 회선의 효율이 떨어질 수 있다. 또한, 회선으로 연결되어있지만 아무 정보도 보내지 않는 상황에서 점유만 하고 있다면 회선의 효율이 떨어진다.

 

- 패킷교환방식 (Packet switching)

보낼 메시지를 패킷이라는 작은 단위로 쪼개어 전송하는 방식. 회선교환방식이 미리 호스트 간 경로(회선)를 정해두었다면, 패킷교환방식에서는 유동적으로 호스트 간 정보교환의 경로가 다르다. 이때마다 최적의 경로를 설정하는 작업을 수행하는 네트워크 장비가 패킷 스위치, 대표적인 예시로는 스위치와 라우터가 있다.

 

현대의 대부분의 네트워크에서는 패킷교환방식을 사용한다.

 

패킷

패킷교환방식에서는 회선교환방식과 달리 메시지가 이동할 경로가 명확하지 않기 때문에 송수신자 및 송수진주소 등을 알고 있어야한다. 이러한 메타정보가 패킷의 헤더에, 실제로 보낼 데이터를 패킷의 페이로드에 들어간다. 때로는 부가적인 정보가 더 필요하다면 트레일러가 패킷 뒤에 들어가기도 한다.

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미시적관점에서의 네트워크

거시적관점에서는 네트워크가 무엇인지, 그리고 네트워크를 간단히 분류해봤다. 그렇다면 이제 세부적으로 어떤 일이 일어나는지 알아볼 것인데, 여기의 내용은 개괄적인 내용이며, 앞으로 나올 장들에서 여기서 다루는 내용들의 세부사항을 다룰 것이다.

 

프로토콜

패킷교환방식에서는 데이터를 보내기 위해 필요한 부가적인 정보가 많다. 송수신지, 송수신자 등...

네트워크는 세계 다양한 공간에서 사용되고 있는데, 네트워크 간, 또는 노드 간 부가적인 정보를 표기하는 법이 다르다면 문제가 생길 것이다. 따라서 노드 간 정보를 교환하는 방식을 하나의 정의해야하는데, 이를 프로토콜이라고 한다.

 

프로토콜의 예시로는 HTTP, TCP, UDP, HTTPS, IP 등등 다양하게 있고, 이는 책 후반에서 다양하게 알아볼 예정이다.

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네트워크 참조모델

네트워크를 통해 정보를 주고받을 때에는 계층화 및 정형화된 여러 단계를 가진다. 즉, 네트워크 참조모델은 네트워크를 전송하는 단계를 계층적으로 표현한 모델이다. 이 방식이 언제나 명확하게 계층별로 구분되는 것은 아니지만, 어떤 하나의 틀을 제공함으로서 네트워크 설계의 길잡이가 될 수 있다.

 

※여기서 나올 모델들의 각 계층은 앞으로 2장부터 5장까지 세세하게 다룰 예정이기 때문에(TCP/IP 모델 기준으로) 개념만 이해하면 좋을 듯하다.

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OSI 모델

OSI모델은 ISO에서 만든 네트워크 참조모델로, 총 7개의 계층으로 이루어져있다.

 

1. 물리계층

가장 하단에 있으며, 비트 신호를 주고받는 계층이다. 즉, 0과 1로 이루어진 스트림을 전송하거나 전송받는 역할을 수행한다.

 

2. 데이터 링크 계층

물리계층을 통해 주고받은 정보에 오류가 있는지 확인 및 네트워크 내에서 송수신지를 특정한다. 물리계층과 아주 밀접하다.

 

3. 네트워크 계층

메시지를 다른 네트워크에 속한 수신지까지 전달한다. 데이터 링크 계층에서는 네트워크 내에서 송수신지를 특정했다면, 네트워크 계층은 네트워크 간의 통신이 이루어지는 계층이다.

 

4. 전송 계층

패킷이 정상적으로 보내졌는지를 확인하는, 신뢰성 및 안정성 있는 전송을 할 때 필요한 계층이다. 패킷 흐름을 제어하고 오류를 바로잡는다.

 

5. 세션 계층

세션이란, 통신을 주고받는 호스트 간 연결상태를 의미한다. 즉, 연결이 제대로 되고 있는지 관리하는 역할을 한다.

 

6. 표현 계층

압축, 암호화 및 자연어로 이루어진 문자를 기계어로 번역하는 계층이다.

 

7. 응용계층

OSI 모델 최상단에 위치하여 사용자가 실제로 보는 화면을 담당한다.

 

여기서 알아야할 것은 데이터를 전송하는 것은 물리계층에 해당하며, 나머지 각 계층에서는 실제로 보내질 데이터의 헤더값을 만진다. 가령 전송계층에서는 TCP헤더를 씌우고 아래계층으로 보내고, 네트워크 계층에서는 다른 네트워크의 IP주소를 파악하는 식으로..

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TCP/IP 모델

OSI모델은 이상적인 구현에 가까운 모델에 해당하며, TCP/IP 모델은 구현에 초점을 둔, 4계층 프로토콜이다.

 

1. 네트워크 액세스 계층

링크 계층 또는 네트워크 인터페이스 계층이라고도 칭한다. 가장 하위계층이며, OSI모델에서 물리계층과 데이터 링크 계층의 역할을 수행한다. 데이터를 보내고, 네트워크 내 송수신지도 확인하고 정보에 오류가 있는지도 확인한다. 때로는 네트워크 액세스 계층을 데이터링크 계층과 물리계층으로 분리하는 경우도 있다. 이 경우 TCP/IP 모델은 5계층으로 표시

 

2. 인터넷 계층

네트워크 계층과 유사하다.

 

3. 전송 계층

전송 계층과 유사하다.

 

4. 응용 계층

OSI모델에서 세션, 표현, 응용 계층을 합친 것과 유사하다.

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이렇게 네트워크는 특정모델에 맞춰서 그에 따라 정보를 송수신한다. 정보를 송수신할 때에는 응용계층에서 하나씩 내려가 물리계층에 도달해 정보를 수신한 후, 다른 노드의 물리계층에서 그 정보를 받아 한 계층씩 올라가 응용계층에 도달한다.

 

캡슐화 / 역캡슐화

패킷은 헤더와 페이로드 때로는 트레일러로 구성되어있다고했다.

각 계층이 하는 일은 상위 계층에서 내려온 패킷을 받아서 프로토콜에 알맞은 헤더를 붙이고 하위계층에 전송하는 일을 한다.

 

대략적으로 표현하자면 위와 같다. 즉, 응용계층에서 보내고자하는 정보를 각 계층에서 헤더로 담은 후에 마지막 물리계층에서 최종적으로 보내는 과정이 이루어진다. 각 계층을 거치며 정보에 추가적인 정보가 붙는 과정을 캡슐화라고 칭한다

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반면 정보가 도착하면 각 계층에서는 각 계층에 알맞는 헤더를 확인한 후에 이를 데이터에서 제거한다. 최종적으로는 순수한 데이터만 남게 되는데, 이렇게 캡슐화과정에서 붙인 헤더를 제거하는 과정을 역캡슐화라고 칭한다.

 

각 계층에서 송수신되는 메시지를 PDU(Protocol Data Unit)이라고 칭한다. 상위계층에서 데이터를 전달받아 헤더를 추가하면 그 계층에 알맞는 PDU가 되는 것이다.

 

PDU는 전송계층 이하의 메시지를 구분하기 위해 사용한다. 그 위 계층에서는 '데이터'라고만 지칭하는 편이다.

 

전송계층에서는 세그먼트나 데이터그램으로,

네트워크 계층에서는 패킷,

데이터 링크 계층에서는 프레임,

물리 계층에서는 비트가 PDU가 된다.

 

여기서 네트워크 계층의 PDU인 패킷읜 패킷교환 네트워크에서 보내지는 정보 한 개를 일컫는 패킷과 동음이의어다. (책에서는 혼동을 방지하기 위해 네트워크 계층의 PDU를 IP 패킷이라고 칭한다.)

 

이처럼 네트워크를 통해 정보를 교환하려면 네트워크 프로토콜마다 알맞은 계층모델이 있다. 이 계층모델을 통해 정보를 교환하기가 더 쉬워지는 것이다.

 

TCP/IP 모델에서는 4계층 (또는 5계층)의 모델을 사용한다. 앞으로 각 계층마다 어떤 작업이 수행되는지 자세히 알아볼 것이다.