[혼자 공부하는 네트워크] Chapter 1 - 2 네트워크 거시적으로 살펴보기

네트워크의 기본 구조

네트워크는 그래프의 형태를 띠고 있다. 그래프란 노드와 노드를 연결하는 간선으로 이루어진 자료구조이다.

네트워크는 다음과 같이 구성되어있다.

• 노드 : 정보를 주고받을 수 있는 장치
• 간선 : 정보를 주고받을 수 있는 유무선의 통신 매체
• 메시지 : 노드 간 주고받는 정보

호스트란?

네트워크를 그래프 관점으로 봤을 때 가장 말단에 있는 노드를 호스트라고 한다. 네트워크의 가장자리에 위치한다는 점에서 종단 시스템(end system)이라고도 한다.

호스트는 최초로 정보를 생성 및 송신하고, 최종적으로 수신한다. 호스트는 서버 컴퓨터가 될 수도 있고, 개인 데스크톱, 노트북, 스마트폰이 될 수 있다.

호스트가 네트워크상에서 특정한 역할을 수행하기도 하는데, 대표적으로 서버와 클라이언트가 있다.

• 서버 : 서비스를 제공하는 호스트. 이때 ‘서비스’로 파일을 제공하면 파일서버가 되고, 웹 페이지를 제공하면 웹서버가 되며, 메일을 제공하면 메일 서버가 된다.
• 클라이언트 : 서버에게 서비스를 요청하고 응답을 제공받는 호스트. 클라이언트가 서버에게 요청을 보내면 서버로부터 응답을 제공받는다.

네트워크 장비란?

네트워크를 그래프 관점으로 봤을때 말단에 위치하지 않은 노드를 네트워크 장비라고 한다.

네트워크 장비는 호스트 간 주고받는 정보가 송신지에서 수신지까지 전송해 주는 기능을 한다.

💡 호스트와 네트워크 장비는 칼로 자르듯 명확하게 구분되는 개념이 아니다. 호스트 또는 네트워크 장비의 역할만 수행할 수 있는 노드가 있는 반면, 모든 역할을 수행할 수 있는 노드도 존재한다. 따라서 노드를 ‘어떤 노드’라고 명시하기가 어렵다. 서버와 클라이언트의 개념도 마찬가지이다.

통신 매체란?

노드는 간선으로 연결되어 있으며, 노드끼리 연결해 주는 간선을 통신 매체라고 한다.

통신 매체의 종류로는 유선 매체와 무선 매체가 존재한다.

메시지란?

메시지는 통신 매체로 연결된 노드끼리 주고받는 정보이다.

메시지는 웹 페이지가 될 수도 있고, 파일이 될 수도 있고, 메일이 될 수도 있다.

범위에 따른 네트워크 분류

네트워크는 여러 요소들이 모여서 구성되어 있다. 네트워크의 규모에 따라서 호스트가 일반 가정이 될 수 있고, 기업이 될 수도 있으며, 도시나 국가가 될 수도 있다.

네트워크의 범위에 따라 부르는 이름이 다르며, 크게 LAN과 WAN으로 구분한다.

LAN

LAN은 Local Area Network의 약자로 가까운 지역을 연결한 통신망을 의미한다.

예를 들어 가정, 기업, 학교처럼 한정된 공간의 네트워크를 LAN이라고 부른다.

WAN

WAN은 Wide Area Network의 약자로 이름 그대로 먼 지역을 연결하는 광역 통신망이다.

멀리 떨어진 LAN을 연결할 수 있는 네트워크가 WAN이며, 인터넷 또한 WAN으로 분류된다.

같은 LAN안에 있는 호스트끼리 통신할 땐 WAN이 필요 없지만, 다른 LAN에 속한 호스트와 통신하기 위해선 WAN이 필요하다.

인터넷을 사용하기 위해 접속하는 WAN은 ISP(Internet Service Provider)라는 인터넷 서비스 업체가 구축하고 관리한다. ISP는 WAN에 연결 가능한 회선을 임대하는 등 WAN과 관련한 다양한 서비스를 제공한다.

인터넷이 WAN의 전부는 아니며, 특정 조직에서 불특정 다수에게 공개되지 않은 WAN을 얼마든지 구축할 수 있다.

💡 네트워크의 규모에 따라 불리는 이름이 다르다고 설명했는데, LAN과 WAN사이의 규모를 세분화할 수 있다. 대표적인 네트워크로는 CAN과 MAN이 있다. CAN(Campus Area Network)은 학교 또는 회사의 여러 건물 단위로 연결되는 네트워크이다. MAN(Metropolitan Area Network)은 도시나 대도시 단위로 연결되는 규모의 네트워크이다. 네트워크의 규모를 오름차순으로 나열하면 다음과 같다. LAN < CAN < MAN < WAN

메시지 교환 방식에 따른 네트워크 분류

네트워크를 통해 메시지를 주고받는 방식을 크게 회선 교환 방식과 패킷 교환 방식으로 나눌 수 있으며, 각 방식을 사용하는 네트워크를 회선 교환 네트워크, 패킷 교환 네트워크라고 한다.

회선 교환 방식

회선 교환(circuit switching) 방식은 메시지 전송로인 회선(circuit)을 설정하고 이를 통해 메시지를 주고받는 방식이다.

회선 교환 네트워크에서는 호스트끼리 메시지를 주고받기 전에 호스트를 연결하고, 연결된 경로로 메시지를 주고받는다. 이런 방식은 호스트끼리 연결을 확보한 뒤에 메시지를 주고받는 특성 덕분에 주어진 시간 동안 전송되는 정보의 양이 비교적 일정하다는 장점이 있다.

회선 교환 네트워크에서 회선을 적절하게 설정해 주는 장비로는 회선 스위치가 있다. 회선 스위치는 호스트 사이에 일대일 경로를 확보하는 네트워크 장비이다.

회선 교환 네트워크는 한번 연결이 설정되면 연결된 전송로를 통해서만 메시지를 주고받을 수 있다. 이 것은 큰 문제가 있는데, 회선의 이용 효율이 낮아질 수 있다는 점이다. 회선에 끊임없이 메시지가 흘러야 이용 효율이 오르는데, 연결만 되고 메시지를 주고받지 않으면 낭비가 된다.

패킷 교환 방식

패킷 교환(packet switching) 방식은 회선 교환 방식의 문제점을 해결한 방식으로, 메시지를 패킷이라는 단위로 쪼개서 전송한다. 패킷(packet)은 패킷 교환 네트워크상에서 송수신되는 메시지의 단위이다.

현대 인터넷은 대부분 패킷 교환 방식을 사용한다.

패킷 교환 네트워크는 회선 교환 네트워크와 달리 호스트끼리 전송 경로를 점유하지 않기 때문에 네트워크 이용 효율이 높다.

 

패킷 교환 방식은 회선 교환 방식과 달리 정해진 경로만으로 메시지를 전달하지 않기 때문에, 이 과정에서 다양한 중간 노드를 거칠 수 있다.

이 중간 노드인 패킷 스위치는 패킷이 수신지까지 도달할 수 있도록 최적의 경로를 결정하거나 패킷의 송수신지를 식별한다. 대표적인 장비로는 라우터(router)와 스위치(switch)가 있다.

패킷을 통해 전송하고자 하는 데이터를 페이로드(payload)라고 한다. 패킷이 전송되기 위해선 여러 가지 부가적인 정보를 덧붙여서 전송해야한다. 이것이 헤더(header)와 트레일러(trailer)이다.

주소지와 송수신지 유형에 따른 방식

패킷의 헤더에 담기는 정보로는 주소가 있다. 주소는 송수신지를 특정하는 정보로 IP주소 혹은 MAC주소를 사용한다.

송수신지를 특정할 주소가 있다면 송수신지 유형에 따라 다양한 방식으로 메시지를 보낼 수 있다. 수신지가 하나의 호스트일 수도 있고, 네트워크 내 모든 호스트를 지정할 수도 있다. 여러가지 전성 방식이 있지만, 가장 중요한 방식으로는 유니캐스트와 브로드캐스트가 있다.

• 유니캐스트 : 일반적인 형태의 송수신 방식으로 하나의 수신지에 전송하는 일대일 송수신 방식이다.
• 브로드캐스트 : 자신을 제외한 네트워크상의 모든 호스트에게 전송하는 방식이다. 전송되는 범위를 브로드캐스트 도메인이라고 한다.