네트워크의 기초

 모든 컴퓨터는 네트워크를 통해 서로에게 데이터를 요청하거나 데이터를 수령한다. 그렇다면 네트워크는 무엇이며 어떠한 형식으로 이루어져 있는 것일까?

 

네트워크

 네트워크란 터미널과 터미널을 통신매체로 연결해서 정보(의도와 목적에 따라 처리된 데이터)나 자료(의미 없이 수집된 데이터)를 전달하는 조직이나 망으로, 네트워크를 통해 연결되어 있는 터미널을 포함해서 하나의 네트워크의 범위이다.

 이때 터미널이란 데이터를 생성, 수정, 삭제, 송신, 수신하는 장치, 시스템으로, 네트워크의 끝에서 데이터를 주고받는 단말기(PC, 라우터)이다.

통신매체

통신을 목적으로 신호를 전달할 수 있는 물질, 시스템으로, 물질을 이용한 물리적 방식과 시스템을 사용하지 않은 논리적 방식으로 나뉜다. 1. Copper 케이블 (전화선) 2. Coaxial 케이블 (동축선) 3. Fiber Optic 케이블 (광섬유선) 4. 무선 케이블

 

 데이터가 터미널로 전송되는 과정은 다음과 같다.

1. 터미널에서 데이터를 송신할 때, 데이터를 강력한 신호상태로 변조
2. 통신매체를 통해 반대쪽 터미널로 전송
3. 수신받은 터미널에서는 신호를 데이터로 복조

네트워크 범위

 

네트워크 규모

 네트워크는 통신매체를 통해 연결이 된다. 그리고 통신매체를 짧게 형성해서 네트워크를 작게 만들거나 통신매체를 길게 형성해서 네트워크를 크게 만들 수 있다. 그렇다면 통신매체를 연결하는 규모에 따라 네트워크를 어떻게 구분할까?

 네트워크 규모는 WAN(Wide Area Network ), MAN(Metropolitan Area Network), LAN(Local Area Network)로 나뉘며, 범위는 WAN, MAN, LAN순으로 크다.

• LAN : 터미널 간의 단거리 연결 네트워크 망
  1. 근거리 통신망
  2. 한정된 좁은 지역(회사단위)에 구성된 통신속도가 빠른 네트워크
  3. 관리는 사내관리자가 담당
  4. 구성 장비로는 Switch Hub, Dummy Hub

허브

여러 대의 컴퓨터, 네트워크 장비를 연결하는 장치

1. 더미 허브 :  모든 터미널과 연결시켜주는 장치 2. 스위치 허브 : MAC주소가 저장된 MAC주소 테이블을 통해 특정 터미널만 연결시키는 장치

• WAN : 터미널 간의 장거리 연결 네트워크 망
  1. 원거리 통신망
  2. 넓은 지역(나라 단위)을 연결하는 통신 속도가 균등한 네트워크
  3. 초기투자비용이 낮지만 유지비가 높다
  4. 관리는 ISP업체에서 담당
  5. 통신매체 : 해저 케이블, 인터넷
  6. 구성장비로는 Router, DSU/CSU(데이터 전송 전용장치)
     

라우터	데이터 전송 전용장치
네트워크와 네트워크를 연결하는 장치로, 네트워크의 종류가 변경하는 지점이기에, 게이트웨이의 역할을 하는 DTE(데이터 종단 장치)이다. ※DTE : 데이터를 발생 시키고 수신하는 장치	WAN를 통해 데이터를 보낼 때 사용하는 중계기로, 회선 속도에 따라 DSU나 CSU로 구분되는 DCE(데이터 회선 종단 장치)이다. ※DCE : 회선 속도를 일정하게하는 신호의 변환을 통해 WAN에서 효율적인 데이터 전송을 할 수 있도록 하는 장치

 이때, 라우터와 라우터를 연결하는 네트워크는 WAN만 가능한 게 아닌, LAN으로 연결하는 것이 가능하다.

 

프로토콜

 인터넷은 전세계의 수많은 네트워크들로 구성, 연결되어 있는 거대한 망으로, 정보를 공유하기 위한 목적으로 구성된 통신망의 집합체이다. 그래서 터미널 간에 통신을 위해서 연결된 네트워크에는 프로토콜이 필요하다.

 

 프로토콜이란 네트워크 내에 있는 터미널간의 통신을 효율적으로 하기 위한 여러 가지 규칙으로, 데이터의 포맷방식과 전송방식에서 대한 것들을 논리적, 물리적으로 정의 한다.

 

 네트워크에서 장비 간의 포인터가 같은 프로토콜을 사용할 경우, 두 장비는 네트워크로 연결되었다고 하며, 이를 "Point to Point"라고 한다. 예를 들어, 데이터를 수신하는 라우터 A와 송신하는 라우터 B가 있다고 할 때, 라우터 A에서 수신할 때 사용되는 프로토콜과 라우터 B에서 송신할 때 사용되는 프로토콜이 같아야 한다.  즉, 프로토콜은 장비 간의 규칙 또는 합의의 모임이며, 통신을 하기 위한 서로 간의 규약, 언어, 약속이다.

 

 네트워크 상에는 많은 프로토콜이 존재하며, 두 터미널의 포인터가 연결된 네트워크는 서로 같은 프로토콜을 사용하게 된다. 그리고 PC와 PC끼리 네트워크를 연결(End to End) 하기 위해서는 서로 다른 네트워크를 연결해야 한다. 예를 들면, LAN에서는 Ethernet , WAN에서는 HDLC, PPP, Frame-Relay의 링크 프로토콜을 사용하기에, LAN과 WAN을 연결을 하거나, 서로 다른 프로토콜을 사용하는 WAN을 연결해야 한다. 즉, 같은 네트워크 규모를 가지고 있더라도 사용되는 네트워크 프로토콜이 다르면 서로 다른 네트워크로 취급한다. 그래서 서로 다른 네트워크를 연결해서 통신해야 한다. 

 위의 그림은 PC1과 PC2가 서로 연결된 상태이다. 터미널 간에 서로 다른 네트워크를 사용함에도 서로 연결되어 있는데, 라우터가 게이트웨이 때문에 서로 연결 되는 것이다. 게이트웨이란 서로 다른 프로토콜을 사용하는 터미널 간의 통신을 가능하게 하는 터미널, 소프트웨어로, 이전과 다른 프로토콜을 사용하는 네트워크로 들어가는 입구역할을 하는 네트워크 포인트이다. 즉, 게이트웨이의 프로토콜 변환기능을 통해 서로 다른 네트워크를 연결한 것이다.

 

 

네트워크 주소 체제

 네트워크는 여러 장비를 통해 연결되어 있기 때문에, 각 장비들은 정확한 통신을 위해 네트워크에서 서로 구분하는 식별자가 필요하다. 그리고 그 역할을 하는 것이 MAC(Media Access Control) address와 IP address이다.

 

 MAC주소란 NIC카드(네트워크 안에서 컴퓨터 간 신호를 주고받는 데 쓰이는 하드웨어), 라우터, 스위치 허브의 물리적 주소로, 네트워크에 연결된 장비들이 가지는 48bit(6 Octet)의 고유한 주소이다. MAC주소는 4bit를 하나로 묶어 16진수로 한자리를 표현하며, 총 12자리로 MAC주소를 표현한다. 앞의 6자리는 생산자를 나타내는 OUI, 뒤의 6자리는 장비의 시리얼 넘버인 Host identifier로 구성되어 있다.

IP주소란 네트워크에서 장치들이 서로를 인식하는데 사용하는 논리적 주소로, MAC주소를 호출하기 위해서 사용하는 32bit(4 Octet)의 주소이다. 현재 사용하고 있는 IP주소 방식은 IPv4이며, 8bit를 묶어서 10진수로 한자리를 표현하며, 총 4자리로 IP주소를 표현한다.

 

 

ARP(Address Resolution Protocol)

 호스트 간의 통신에서 목적지의 지목은 IP주소가 한다. 하지만 두 호스트를 통신 연결하기 위해서는 LAN에서 사용하는 호스트의 실절적인 주소인 MAC주소가 필요하다. 그래서 IP주소를 통해 MAC주소를 알아내야 한다. 그리고 필요한 것이 ARP(Address Resolution Protocol)이다. 

 ARP란 IP주소를 MAC주소로 변환하는 프로토콜로, IP주소를 통해 MAC주소를 알아내기 위해서 사용한다. 즉, IP주소를 통해 통신할 호스트에게 요청데이터를 전송하면, 통신할 호스트는 MAC주소를 응답한다.

 

• PC 1과 PC 3을 연결하는 경우(내부 연결)
  1. ARP프레임에 자신의 주소와 PC 3의 IP주소를 적고, PC 3의 MAC주소에 "FF-FF-FF-FF-FF-FF"를 적어서 해당 LAN에 있는 모든 터미널에게 ARP Request를 전송 (Broadcast 방식)
  2. 받은 터미널에서 목적지에 맞지 않는 경우(PC2, 라우터 1의 경우), 해당 프레임을 파기하며, 목적지가 맞을 경우(PC3의 경우) 해당 프레임에 자신의 MAC주소를 변경해서 PC1에게 ARP Reply를 전송 (Unicast 방식)

내부 연결

• PC 1과 PC 4를 연결하는 경우(외부 연결)
  1.  ARP프레임에 자신의 주소와 PC 4의 IP주소를 적고, PC 3의 MAC주소에 "FF-FF-FF-FF-FF-FF"를 적어서 해당 LAN에 있는 모든 터미널에게 ARP Request를 전송 (Broadcast 방식)
  2. 받은 터미널에서 목적지에 맞지않는 경우(PC2, PC3의 경우), 해당 프레임을 파기하지만, 라우터1의 경우에는 해당 프레임에 있는 IP주소에 관한 정보를 라우팅 테이블이 가지고 있기 때문에, 라우팅 테이블의 정보와 비교
  3. 라우팅 테이블에 해당 네트워크에 대한 정보가 있을 경우, 라우터1의 MAC주소로 변경해서 응답(Unicast 방식)
  4. 라우터1는 라우터 2에게 데이터를 보내기 위한 최적의 루트를 라우팅 테이블에서 선택(라우팅)

외부 연결

IPv4의 통신 방식에 따른 네트워크 분류

- 유니캐스트 : 인지한 특정 한 사람과의 통신방식 1. 1대1 전달방식 2. 수신측의 고유 식별자가 정해져 있는 경우에 사용  ==> 응답할때, 사용한다. 3. 정확한 특정 목적지의 주소를 가지고 1대1로 통신하는 방식

- 브로드캐스트 : 네트워크 내 모든사람과의 전체 통신방식 1. 1대 전체 전달 방식 2. 불특정 다수에게 전부 전송하는 경우에 사용  ==> 모든 장비에게 질의할 때, 사용 3. 동일 네트워크로 연결된 모든 네트워크 장비에게 보내는 방식 ==> 게이트 웨이를 넘어갈 수 없음

- 멀티 캐스트 : 네트워크 내 특정 그룹과의 통신 방식 1. 1대 그룹 전달 방식 2. 정해진 특정 그룹에게 전송하는 경우에 사용  ==>라우터끼리 통신할 때, 사용 3. 특정 다수에게 전송하는 방식

- 애니 캐스트 : 네트워크 내 가까운 사람/그룹과의 통신방식