네트워크(1) – 네트워크 기초 정리

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1. 네트워크, 토폴로지, 호스트

네트워크는 노드(Node)와 간선(Edge)으로 구성되며,

이들의 연결 구조(네트워크 토폴로지)를 통해 정보를 주고받습니다.

  1. 노드(Node): 통신에 참여하는 기기(호스트, 네트워크 장비 등)
  2. 간선(Edge): 노드 간 연결 매체(유선 케이블, 무선 전파 등)
  3. 네트워크 토폴로지(Topology): 노드와 간선이 실제로 어떻게 연결되어 있는지 나타냄

호스트(Host)

  • 네트워크에서 데이터를 최초로 송·수신하는 기기를 일컬음
  • 클라이언트: 요청(Request)을 보내는 쪽
  • 서버: 요청을 처리하고 응답(Response)을 보내는 쪽
  • 한 기기가 요청을 보내면 “클라이언트”, 이를 처리·응답하면 “서버”가 되는 식으로 역할이 정해집니다.

2. LAN과 WAN

네트워크는 규모에 따라 LAN과 WAN으로 크게 구분됩니다.

  • LAN (Local Area Network)
    • 근거리 네트워크. 가정, 사무실 등 제한된 범위에서 구축
    • 유·무선 공유기(라우터)로 구성된 내부망
  • WAN (Wide Area Network)
    • 원거리 네트워크. 다수의 LAN을 서로 연결해 더 큰 망을 형성
    • ISP(인터넷 서비스 제공 업체)가 구축·운영 (예: KT, LGU+, SKT)
    • WAN을 전 세계적으로 연결한 것이 곧 “인터넷”이라 볼 수 있음

3. 패킷 교환 네트워크

패킷 교환(Packet Switching): 데이터를 여러 작은 단위(패킷)로 나누어 전송하는 방식

  • 패킷(Packet): 네트워크에서 오가는 데이터 단위
  • 각 패킷은 페이로드(Payload)와 헤더(Header), 필요 시 트레일러(Trailer)로 구성
  • 예) 택배 상자에 비유하면, 페이로드 = 물건, 헤더/트레일러 = 송장 정보 등

4. 주소의 개념과 전송 방식

네트워크에서 통신하려면 수신 대상 주소가 필요합니다.

  • IP 주소: 네트워크 간(인터넷) 통신 시 호스트 식별
  • MAC 주소: 같은 LAN 내 호스트 식별 (이더넷 기반)

4.1 유니캐스트와 브로드캐스트

  • 유니캐스트(Unicast): 단일 호스트를 지정해 1:1 메시지 전송 (일반적)
  • 브로드캐스트(Broadcast): 같은 LAN 내 모든 호스트에게 메시지 전송
    • 서로 다른 LAN(=브로드캐스트 도메인이 다름)에는 전달되지 않음

5. 두 호스트가 패킷을 주고받는 과정

5.1 프로토콜(Protocol)

  • 프로토콜: 패킷을 주고받을 때 지켜야 하는 약속(규칙)
  • 예) IP, ARP, TCP, UDP 등 (각 목적과 특징 다름)

5.2 네트워크 참조 모델

송신 측은 상위 계층(응용)에서 하위 계층(물리) 순으로 헤더를 덧붙이고,

수신 측은 반대로 하위 → 상위 계층 순서로 헤더를 제거하며 데이터를 복원합니다.

6. OSI 모델

국제 표준화 기구(ISO)가 정립한 OSI 7계층 구조

  1. 물리 계층: 0과 1 비트 신호를 유·무선 매체로 송수신
  2. 데이터 링크 계층: 같은 LAN 내 호스트 간 프레임 전송(MAC 주소 활용)
  3. 네트워크 계층: IP를 이용해 다른 네트워크와 통신(라우팅)
  4. 전송 계층: TCP/UDP로 호스트 간 세그먼트(데이터그램) 신뢰성 관리
  5. 세션 계층: 응용 프로그램 간 세션(연결) 생성·유지·종료
  6. 표현 계층: 데이터 인코딩/디코딩, 암호화/복호화
  7. 응용 계층: HTTP, DNS 등 사용자에게 직접 서비스 제공

7. TCP/IP 모델

실질적인 프로토콜 구현에 초점을 둔 TCP/IP 4계층 모델

  1. 네트워크 액세스 계층: OSI 물리 + 데이터 링크 계층에 해당
  2. 인터넷 계층: OSI 네트워크 계층 (IP)
  3. 전송 계층: OSI 전송 계층 (TCP/UDP)
  4. 응용 계층: OSI 세션·표현·응용 계층을 합침

캡슐화/역캡슐화

  • 캡슐화(encapsulation): 송신 측에서 상위 계층 데이터를 하위 계층 헤더(트레일러)로 감싸는 과정
  • 역캡슐화(decapsulation): 수신 측에서 하위 계층 헤더를 확인 후 제거, 상위 계층으로 데이터 전달

계층별 데이터 단위

계층 데이터 단위
응용·세션·표현 계층 등 데이터(Data), 메시지(Message)
전송 계층(TCP) 세그먼트(Segment)
전송 계층(UDP) 데이터그램(Datagram)
네트워크 계층(IP) 패킷(Packet)
데이터 링크 계층(이더넷) 프레임(Frame)
물리 계층 비트(Bit), 심볼(Symbol)

8. 물리 계층과 데이터 링크 계층

8.1 이더넷(Ethernet)

  • IEEE 802.3 표준 기반의 유선 LAN 대표 기술
  • 프레임 구조, 신호 전송 방법 등을 정의

이더넷 프레임 구조

  1. 프리앰블(Preamble) (8바이트): 송수신 동기화 비트
  2. 수신지/송신지 MAC 주소 (6바이트): LAN 호스트 식별
  3. 타입/길이 (2바이트): 길이(1500 이하) or 상위 프로토콜 식별(1536 이상)
  4. 데이터(Payload) (46~1500바이트): 상위 계층(IP 등) 데이터
  5. FCS(Frame Check Sequence) (4바이트): CRC 기반 오류 검출

8.2 유무선 통신 매체

  • 유선 매체: 트위스티드 페어 케이블(UTP, STP 등), 카테고리에 따라 속도 달라짐
  • 무선 매체: 전파(2.4GHz, 5GHz 등), 와이파이(IEEE 802.11) 기반

8.3 네트워크 인터페이스(NIC)

  • 호스트가 네트워크와 연결되는 지점
  • NIC마다 MAC 주소가 존재

8.4 허브(Hub)와 스위치(Switch)

  • 허브(Hub)
    • 물리 계층 장비
    • 입력된 신호를 모든 포트로 단순 중계, 반이중 통신
    • 충돌(Collision) 발생 가능성이 큼
  • 스위치(Switch)
    • 데이터 링크 계층 장비
    • MAC 주소 학습을 통해 필요한 포트만 프레임 전송, 전이중 통신
    • VLAN, MAC 주소 테이블 등 기능

9. 네트워크 계층 – IP

  • IP(Internet Protocol)는 네트워크 계층의 핵심 프로토콜로

호스트 주소 지정, 패킷 단편화를 담당합니다.

9.1 IP 특징

  1. 신뢰할 수 없는 통신(Unreliable)

패킷 손실 시 재전송 보장 X (Best-effort, 최선형 전송)

  1. 비연결형 통신(Connectionless)

패킷을 보내기 전에 송수신 간 연결 설정 없음

9.2 IP 패킷 헤더와 단편화

  • 송·수신 IP 주소 필드
  • MTU보다 큰 패킷은 단편화(Fragmentation) 필요
  • 식별자(Identifier), 플래그(Flag, DF/MF), 단편화 오프셋(Offset) 등 사용

오늘날에는 경로 MTU 발견(Path MTU discovery)로 미리 전송 가능 크기를 확인하여

단편화가 빈번히 일어나지 않도록 처리합니다.

10. IP 주소 구조

IPv4 주소는 32비트(4옴씩), 예) 192.168.0.1

네트워크 부분 + 호스트 부분으로 구성됩니다.

10.1 클래스풀(Classful) 주소 체계

  • IP 주소를 A/B/C 클래스로 구분 (네트워크 크기 기준)

| 클래스 | 예시 |
| — | — |
| A | 네트워크 8비트 / 호스트 24비트 |
| B | 네트워크 16비트 / 호스트 16비트 |
| C | 네트워크 24비트 / 호스트 8비트 |

  • 네트워크 주소: 호스트 비트가 전부 0
  • 브로드캐스트 주소: 호스트 비트가 전부 1

10.2 클래스리스(Classless) & 서브넷 마스크

  • 클래스에 관계없이, 서브넷 마스크(예: 255.255.255.0)로 네트워크·호스트 구분
  • CIDR 표기법: 192.168.0.1/24 등 /네트워크 비트 수로 표현

11. 공인 IP 주소 vs. 사설 IP 주소

  • 공인 IP 주소 (Public IP)
    • 전 세계적으로 유일, 인터넷에서 라우팅 가능
    • 예) 우리가 “내 IP 확인” 했을 때 나오는 주소
  • 사설 IP 주소 (Private IP)
    • 내부 LAN에서만 사용
    • 10.x.x.x, 172.16~31.x.x, 192.168.x.x 범위

12. IP 주소 할당

  • 정적 할당(Static IP)
    • 직접 IP·서브넷·게이트웨이·DNS 설정
  • 동적 할당(DHCP)
    • 서버가 유휴 IP를 임대(Lease)하여 자동으로 부여
    • 임대 기간이 끝나면 회수 가능

13. IP 전송 특징 보완: ICMP

IP가 비연결형·신뢰 없는 전송이므로, 오류 보고나 진단 메시지에 ICMP를 사용합니다.

구분 메시지 예시
오류 보고 네트워크 도달 불가 (Destination network unreachable)
오류 보고 호스트 도달 불가 (Destination host unreachable)
오류 보고 프로토콜 불가 (Destination protocol unreachable)
오류 보고 포트 도달 불가 (Destination port unreachable)
오류 보고 단편화 필요하지만 DF=1 (Fragmentation required, and DF flag set)
오류 보고 TTL 만료 (TTL expired in transit)
상태 정보(진단) 제공 Echo 요청 (Echo request)
상태 정보(진단) 제공 Echo 응답 (Echo reply)
  • 네트워크/호스트/포트 도달 불가: 목적지에 패킷이 전달 안 될 때
  • 단편화 필요하지만 DF=1: DF 플래그 때문에 단편화 불가능 시 에러
  • TTL 만료: 홉(Hop) 이동 중 TTL이 0이 되면 발생
  • Echo 요청/응답: ping 명령어에 사용, 네트워크 연결 상태 확인

14. IP ↔ MAC 주소 대응: ARP

ARP(Address Resolution Protocol): 같은 네트워크(LAN) 내부에서

“IP 주소” → “MAC 주소”를 알아내기 위한 프로토콜

  1. ARP 요청: 브로드캐스트(이 IP 가진 호스트는 MAC이 뭔가요?)
  2. ARP 응답: 해당 IP 호스트가 자신의 MAC 알려줌
  3. 호스트는 (IP, MAC) 쌍을 ARP 테이블*에 저장해 반복 요청 최소화

참고

_이것이 취업을 위한 컴퓨터 과학이다 with CS 기술 면접 – 한빛미디어_

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