네트워크 오리엔테이션

목표

네트워크를 계층(Layer) 관점으로 설명할 수 있다.

IP, TCP, UDP, HTTP 등 핵심 프로토콜의 역할과 동작을 설명할 수 있다.

패킷, 세션, 연결의 의미를 구분하여 설명할 수 있다.

네트워크 통신에서 발생하는 지연, 손실, 혼잡 문제를 설명할 수 있다.

curl, ping, Wireshark 등으로 네트워크 동작을 관측할 수 있다.

1. 네트워크란 무엇인가?

• Computer Network(컴퓨터 네트워크)
  • 노드(node)와 링크(link)로 연결된 통신 인프라
  • end system(host)가 애플리케이션을 실행하고 서로 데이터를 교환
• 인터넷(Internet)
  • 네트워크의 네트워크(network of networks)
  • ISP(Internet Service Provider)들이 라우터로 연결
  • 전 세계 수억 대의 호스트가 연결된 공용 인프라
• 프로토콜(Protocol)
  • 송수신 규칙을 정의한 약속
  • 메시지 형식, 순서, 동작을 명시
  • 예: HTTP, TCP, IP, Ethernet

2. 인터넷의 구조

• End System (Host)
  • PC, 스마트폰, 서버 등 통신 종단
  • 애플리케이션이 실행되는 곳
• Packet Switch
  • 라우터(router), 스위치(switch)
  • 패킷을 받아 다음 홉(hop)으로 전달
• Communication Link
  • 광섬유, 동축케이블, 무선 등
  • 전송률(transmission rate) = 대역폭(bandwidth)
• 패킷 스위칭 (Packet Switching)
  • 데이터를 패킷 단위로 분할해 전송
  • 경로를 공유하므로 회선 스위칭보다 효율적
  • 인터넷의 기본 방식

3. 네트워크 통신의 문제

네트워크는 완벽한 채널이 아니다. 다음 문제가 항상 존재한다.

• 지연 (Delay)
  • 전파 지연(propagation delay)
  • 전송 지연(transmission delay)
  • 큐잉 지연(queuing delay)
  • 처리 지연(processing delay)
• 손실 (Loss)
  • 라우터 버퍼 overflow
  • 링크 비트 오류
  • 패킷이 도착하지 않을 수 있음
• 순서 변경 (Reordering)
  • 경로가 다르면 패킷 순서가 바뀔 수 있음
  • 재전송 시에도 발생
• 혼잡 (Congestion)
  • 트래픽이 링크 용량을 초과
  • 처리량(throughput) 저하, 지연 급증

• 프로토콜은 이런 문제를 계층별로 해결한다
  • TCP: 신뢰성, 순서 보장, 흐름·혼잡 제어
  • IP: 호스트 간 전달(best-effort)
  • 애플리케이션: 재시도, 타임아웃, 캐시 등

4. 왜 계층으로 나누는가?

• 복잡성 관리
  • 하나의 거대 프로토콜보다 계층별 분리가 설계·유지보수에 유리
• 모듈화
  • 상위 계층은 하위 계층의 서비스만 사용
  • 구현 교체 가능 (Wi-Fi -> Ethernet)
• 상호 운용성
  • 표준화된 인터페이스로 이기종 시스템 연결
• TCP/IP 계층 (이 시리즈 관점)

• Application: HTTP, DNS, SMTP
• Transport: TCP, UDP
• Network: IP
• Link: Ethernet, Wi-Fi
• Physical: 비트 전송
• 캡슐화 (Encapsulation)
  • 상위 계층 메시지에 하위 계층 헤더를 붙여 전송
  • 수신 측에서 헤더를 벗겨 원래 메시지 복원

5. 운영체제와의 관계

• 애플리케이션은 소켓(socket) API로 네트워크에 접근
  • 소켓 = OS가 제공하는 네트워크 인터페이스
  • 내부적으로 시스템 콜을 통해 커널의 프로토콜 스택 사용
• 프로세스와 포트
  • 하나의 호스트에서 여러 프로세스가 동시에 통신
  • 포트 번호로 프로세스를 구분 (멀티플렉싱)
• OS 시리즈에서 다룬 내용과 연결
  • 시스템 콜, 유저/커널 모드
  • 프로세스, I/O, 인터럽트
  • 네트워크 I/O도 결국 프로세스의 read/write

6. 이 시리즈 로드맵

• Part 1: 인터넷 구조와 계층 (2~4편)
• Part 2: 애플리케이션 계층 — HTTP, HTTPS, DNS (5~8편)
• Part 3: 전송 계층 — TCP, UDP (9~12편)
• Part 4: 네트워크 계층 — IP, 라우팅, NAT (13~15편)
• Part 5: 링크/물리 계층 (16~17편)
• Part 6: Wireshark, 소켓, 트러블슈팅 (18~20편)

다음에 다룰 것

• 인터넷이란 무엇인가
• 프로토콜 계층 구조
• OSI vs TCP/IP

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해당 내용은 Computer Networking: A Top-Down Approach, 8/E (James Kurose, Keith Ross) 의 내용을 기반으로 합니다.