네트워크는 장치들이 서로 그물망처럼 연결되어있는 체계를 말한다. 네트워크는 노드, 링크, 데이터로 구성되는데
- 노드: 서로 데이터를 주고받는 장치
- 링크: 노드들을 연결하는 회선
- 데이터: 노드들 간에 교환이 이루어지는 정보
네트워크는 규모에 따라 PAN, LAN, WAN으로 나뉜다.
- PAN(Personal Area Network): 개인 영역에서 장치들을 연결하는 네트워크(USB, 블루투스 등)
- LAN(Local Area Network): 건물 하나의 규모 정도의 네트워크, 일반적으로 라우터 이전의 범위
- WAN(Wide Area Network): 국가 규모 정도의 네트워크, LAN이 여러 개 연결된 형태이며 일반적으로 라우터 이후의 범위
네트워크 상에서 노드끼리 통신하는 데에는 프로토콜(Protocol)이라는 규칙에 따라 통신을 진행하는데, 프로토콜의 종류는 여러 개가 있으며, 하나의 데이터를 전송하는 데에도 많은 프로토콜에 따라 통신이 이루어진다.
또한 네트워크에서 좀 더 체계적으로 통신을 진행하기 위해 정의된 TCP/IP 5계층이 있는데, 이는 데이터 통신을 5단계로 구분지어 정의한 계층 구조이다. 각 계층에는 독립적인 역할이 할당되어 있으며, 이 역할을 수행하기 위한 프로토콜도 각각 정의되어 있다.
- 제 5계층: 응용 계층(Application Layer)
사용자와 컴퓨터간의 상호작용을 담당
주요 프로토콜: HTTP, DNS 등 - 제 4계층: 전송 계층(Trasport Layer)
포트 번호를 관리하여 데이터를 처리해야하는 프로그램을 확인
주요 프로토콜: TCP, UDP 등 - 제 3계층: 네트워크 계층(Network Layer)
데이터를 목적지까지 전달할 경로를 선택하고 IP 주소를 관리
주요 프로토콜: IP, ICMP, ARP 등 - 제 2계층: 데이터링크 계층(Datalink Layer)
데이터 전송 순서 결정, 오류 검출 및 정정 담당, MAC 주소 관리
주요 프로토콜: Ethernet, PPP 등 - 제 1계층: 물리 계층(Physical Layer)
장치간의 물리적인 연결 방법, 전송 매체의 종류, 데이터 변환 방식 등 데이터 통신의 물리적/기계적/전기적 측면을 담당
프로토콜을 직접적으로 사용하지 않음
캡슐화(Encapsulation)란 상위 계층에서 하위 계층으로 각 계층에서 해당하는 헤더(Header)라는 부가 데이터를 붙이는 것을 말한다. 헤더에는 목적지 주소, 출발지 주소 등이 담겨 있다. 각 계층에서 캡슐화된 데이터를 부르는 명칭이 따로 있는데, 응용 계층에서는 메시지(Message, 헤더나 트레일러가 없는 데이터 그 자체), 전송 계층에서는 세그먼트(Segment, 메시지 + 전송 계층 헤더), 네트워크 계층에서는 패킷(Packet) 혹은 데이터그램(Datagram, 세그먼트 + 네트워크 계층 헤더), 데이터링크 계층에서는 프레임(Frame, 패킷 + 데이터링크 계층 헤더 + 데이터링크 계층 트레일러)라고 한다. 데이터링크 계층에서만 추가적으로 트레일러(Trailer)라는 데이터가 붙는다. 물리 계층에서는 따로 캡슐화를 진행하지 않고, 데이터를 전기 신호로 변환하는 일을 한다. 캡슐화가 완료된 데이터를 수신하는 측에서는 데이터의 헤더와 트레일러를 다시 떼는 작업인 탈캡슐화(Decapsulation)를 진행한다. 캡슐화의 역순으로 진행된다.
네트워크 장비에는 여러가지가 있는데, 그중 스위치(Switch)는 데이터링크 계층(제 2계층)에서 동작하는 장비로, 데이터의 MAC주소를 확인해 목적지로 향하는 적절한 포트로 전송하는 장비이다. 스위치에서 수행하는 작업은 세 가지가 있는데, 각각 플러딩(Flooding), 포워딩(Forwarding), 필터링(Filtering)이라고 한다.
- 플러딩은 수신한 데이터의 목적지 MAC주소가 MAC테이블에 존재하지 않을 때 수행하며, 모든 포트로 데이터를 전송한다.
- 포워딩은 수신한 데이터의 목적지 MAC주소가 MAC테이블에 존재할 때 수행하며, 목적지로 도달할 수 있는 적절한 포트로 데이터를 전송한다.
- 필터링은 포워딩이 수행될 때 포워딩이 수행되는 포트를 제외한 나머지 포트로 데이터를 전송하지 않고 막는 기능이다.
또다른 네트워크 장비로는 라우터(Router)가 있다. 라우터는 네트워크 계층(제 3계층)에서 동작하는 장비로, MAC주소가 아닌 IP주소를 확인해 목적지로 향하는 적절한 포트로 전송하는 장비이다. 스위치와 비슷하지만 MAC테이블이 아닌 라우팅 테이블을 사용한다. 또한 일반적으로 네트워크의 가장 바깥쪽에 위치한 라우터를 게이트웨이(Gateway)라고 한다. 라우터는 NAT(Network Address Translation)이라는 기능을 가지고 있는데, 이는 IPv4 주소 체계의 주소 부족 문제를 해결하기 위해 설계되었으며, 공인IP와 사설IP(192.168로 시작하는 내부IP)를 나누어주는 역할을 한다. 다른 기능으로 DHCP(Dynamic Host Configuration Protocol)가 있고 네트워크 안의 컴퓨터에 자동으로 DNS, IP, 게이트웨이 주소를 할당해주는 기능이다.
