네트워크 기초 개념
네트워크 기초 개념¶
개요¶
네트워크(Network)는 두 대 이상의 컴퓨터가 데이터를 주고받을 수 있도록 연결된 시스템입니다. 이 레슨에서는 네트워크의 기본 개념, 유형, 토폴로지, 그리고 통신 방식의 기초를 학습합니다. 네트워크의 기본 원리를 이해하는 것은 현대 IT 인프라를 이해하는 첫 걸음입니다.
난이도: ⭐ (기초)
목차¶
1. 네트워크란 무엇인가?¶
네트워크의 정의¶
┌─────────────────────────────────────────────────────────────────┐
│ 네트워크 (Network) │
├─────────────────────────────────────────────────────────────────┤
│ │
│ "둘 이상의 컴퓨터 또는 장치가 통신 매체를 통해 연결되어 │
│ 데이터와 자원을 공유할 수 있는 시스템" │
│ │
│ ┌─────────┐ 통신 매체 ┌─────────┐ │
│ │ 컴퓨터A │ ◄──────────────────────► │ 컴퓨터B │ │
│ └─────────┘ (케이블, 무선 등) └─────────┘ │
│ │
└─────────────────────────────────────────────────────────────────┘
네트워크의 목적¶
┌─────────────────────────────────────────────────────────────────┐
│ 네트워크의 주요 목적 │
├─────────────────────────────────────────────────────────────────┤
│ │
│ 1. 자원 공유 (Resource Sharing) │
│ └── 프린터, 파일, 소프트웨어 등을 공동 사용 │
│ │
│ 2. 통신 (Communication) │
│ └── 이메일, 메시징, 화상 회의 │
│ │
│ 3. 데이터 공유 (Data Sharing) │
│ └── 파일 전송, 데이터베이스 접근 │
│ │
│ 4. 중앙 집중 관리 (Centralized Management) │
│ └── 보안 정책, 백업, 업데이트 관리 │
│ │
│ 5. 비용 절감 (Cost Reduction) │
│ └── 장비 공유로 인한 비용 효율화 │
│ │
└─────────────────────────────────────────────────────────────────┘
네트워크의 구성 요소¶
┌─────────────────────────────────────────────────────────────────┐
│ 네트워크 구성 요소 │
├─────────────────────────────────────────────────────────────────┤
│ │
│ ┌─────────────┐ ┌─────────────┐ ┌─────────────┐ │
│ │ 송신자 │ │ 전송 매체 │ │ 수신자 │ │
│ │ (Sender) │────►│ (Media) │────►│ (Receiver) │ │
│ └─────────────┘ └─────────────┘ └─────────────┘ │
│ │ │
│ ┌─────┴─────┐ │
│ │ 프로토콜 │ │
│ │ (Protocol) │ │
│ └───────────┘ │
│ │
│ 구성 요소 설명: │
│ ┌──────────────┬──────────────────────────────────────────┐ │
│ │ 노드 (Node) │ 네트워크에 연결된 장치 (컴퓨터, 프린터) │ │
│ ├──────────────┼──────────────────────────────────────────┤ │
│ │ 링크 (Link) │ 노드 간 물리적 연결 (케이블, 무선) │ │
│ ├──────────────┼──────────────────────────────────────────┤ │
│ │ 프로토콜 │ 통신 규칙과 표준 (TCP/IP, HTTP) │ │
│ ├──────────────┼──────────────────────────────────────────┤ │
│ │ 네트워크 장비│ 스위치, 라우터, 허브 │ │
│ └──────────────┴──────────────────────────────────────────┘ │
│ │
└─────────────────────────────────────────────────────────────────┘
2. 네트워크의 역사¶
주요 발전 연표¶
| 연도 | 이벤트 | 설명 |
|---|---|---|
| 1969 | ARPANET | 최초의 패킷 교환 네트워크, 인터넷의 시초 |
| 1973 | 이더넷 발명 | Xerox PARC, Bob Metcalfe |
| 1974 | TCP/IP 제안 | Vint Cerf, Bob Kahn |
| 1983 | DNS 도입 | 도메인 이름 시스템 |
| 1989 | WWW 발명 | Tim Berners-Lee, CERN |
| 1991 | 월드와이드웹 공개 | 일반 대중에게 공개 |
| 1995 | 상용 인터넷 확산 | ISP들의 본격 서비스 |
| 2007 | iPhone 출시 | 모바일 인터넷 대중화 |
| 2020s | 5G, IoT | 초연결 시대 |
ARPANET에서 인터넷까지¶
1969: ARPANET 시작 (4개 노드)
┌─────────┐
│ UCLA │
└────┬────┘
│
┌─────┴─────┬───────────────┐
│ │ │
┌───┴───┐ ┌─────┴─────┐ ┌───────┴───────┐
│ SRI │ │ UCSB │ │ Utah (1969.12)│
└───────┘ └───────────┘ └───────────────┘
1983: TCP/IP 채택 → ARPANET이 인터넷으로 전환
현재: 전 세계 수십억 대의 장치가 연결된 글로벌 네트워크
3. 네트워크 유형¶
크기에 따른 분류¶
┌─────────────────────────────────────────────────────────────────┐
│ 네트워크 유형 (규모별) │
├─────────────────────────────────────────────────────────────────┤
│ │
│ ┌─────────────────────────────────────────────────────────┐ │
│ │ WAN │ │
│ │ ┌─────────────────────────────────────────────────┐ │ │
│ │ │ MAN │ │ │
│ │ │ ┌─────────────────────────────────────────┐ │ │ │
│ │ │ │ LAN │ │ │ │
│ │ │ │ ┌─────────────────────────────────┐ │ │ │ │
│ │ │ │ │ PAN │ │ │ │ │
│ │ │ │ │ (개인 영역) │ │ │ │ │
│ │ │ │ └─────────────────────────────────┘ │ │ │ │
│ │ │ │ (건물/캠퍼스) │ │ │ │
│ │ │ └─────────────────────────────────────────┘ │ │ │
│ │ │ (도시) │ │ │
│ │ └─────────────────────────────────────────────────┘ │ │
│ │ (국가/대륙) │ │
│ └─────────────────────────────────────────────────────────┘ │
│ │
└─────────────────────────────────────────────────────────────────┘
PAN (Personal Area Network)¶
┌─────────────────────────────────────────────────────────────────┐
│ PAN (개인 영역 네트워크) │
├─────────────────────────────────────────────────────────────────┤
│ │
│ 범위: 개인 주변 약 10m 이내 │
│ 용도: 개인 장치 간 연결 │
│ │
│ ┌─────────────┐ │
│ │ 스마트워치 │ │
│ └──────┬──────┘ │
│ │ Bluetooth │
│ ┌─────────┐ ┌───┴───┐ ┌─────────────┐ │
│ │ 이어폰 │───│스마트폰│───│ 노트북 │ │
│ └─────────┘ └───┬───┘ └─────────────┘ │
│ │ │
│ ┌──────┴──────┐ │
│ │ 무선 키보드 │ │
│ └─────────────┘ │
│ │
│ 기술: Bluetooth, USB, NFC, Zigbee │
│ 예시: 스마트폰-이어폰 연결, PC-마우스 연결 │
│ │
└─────────────────────────────────────────────────────────────────┘
LAN (Local Area Network)¶
┌─────────────────────────────────────────────────────────────────┐
│ LAN (근거리 통신망) │
├─────────────────────────────────────────────────────────────────┤
│ │
│ 범위: 건물, 캠퍼스 (수 m ~ 수 km) │
│ 소유: 단일 조직 │
│ 속도: 고속 (100Mbps ~ 10Gbps) │
│ │
│ ┌─────────────────────────────────────────────────┐ │
│ │ 사무실 LAN │ │
│ │ │ │
│ │ ┌────┐ ┌────┐ ┌────┐ ┌────┐ │ │
│ │ │ PC │ │ PC │ │ PC │ │ PC │ │ │
│ │ └──┬─┘ └──┬─┘ └──┬─┘ └──┬─┘ │ │
│ │ │ │ │ │ │ │
│ │ └────────┴────┬───┴────────┘ │ │
│ │ │ │ │
│ │ ┌────┴────┐ │ │
│ │ │ 스위치 │ │ │
│ │ └────┬────┘ │ │
│ │ │ │ │
│ │ ┌────────────────┼────────────────┐ │ │
│ │ │ │ │ │ │
│ │ ┌─┴──┐ ┌───┴───┐ ┌────┴────┐ │ │
│ │ │서버│ │프린터 │ │라우터 │ │ │
│ │ └────┘ └───────┘ └─────────┘ │ │
│ │ │ │ │
│ └─────────────────────────────────────┼──────────┘ │
│ │ │
│ 인터넷 연결 │
│ │
│ 기술: 이더넷 (IEEE 802.3), Wi-Fi (IEEE 802.11) │
│ │
└─────────────────────────────────────────────────────────────────┘
MAN (Metropolitan Area Network)¶
┌─────────────────────────────────────────────────────────────────┐
│ MAN (도시 통신망) │
├─────────────────────────────────────────────────────────────────┤
│ │
│ 범위: 도시 또는 대도시 지역 (수 km ~ 수십 km) │
│ 소유: ISP 또는 대규모 조직 │
│ │
│ ┌──────────┐ │
│ │ 본사 LAN │ │
│ └─────┬────┘ │
│ │ │
│ 광섬유 백본 │
│ ┌───────────┼───────────┐ │
│ │ │ │ │
│ ┌──┴───┐ ┌───┴───┐ ┌───┴───┐ │
│ │지점 A│ │지점 B │ │데이터 │ │
│ │ LAN │ │ LAN │ │센터 │ │
│ └──────┘ └───────┘ └───────┘ │
│ │
│ 예시: │
│ - 대학 캠퍼스 네트워크 │
│ - 도시 케이블 TV 네트워크 │
│ - 기업의 여러 지점 연결 │
│ │
│ 기술: FDDI, Metro Ethernet, WiMAX │
│ │
└─────────────────────────────────────────────────────────────────┘
WAN (Wide Area Network)¶
┌─────────────────────────────────────────────────────────────────┐
│ WAN (광역 통신망) │
├─────────────────────────────────────────────────────────────────┤
│ │
│ 범위: 국가, 대륙, 전 세계 │
│ 소유: 통신 사업자 │
│ 예시: 인터넷 │
│ │
│ ┌─────────────┐ │
│ │ 서울 LAN │ │
│ └──────┬──────┘ │
│ │ │
│ ┌───────────┐ ┌─────┴─────┐ ┌───────────┐ │
│ │ 부산 LAN │───────│ ISP 백본 │───────│ 대전 LAN │ │
│ └───────────┘ └─────┬─────┘ └───────────┘ │
│ │ │
│ ┌──────────┼──────────┐ │
│ │ │ │ │
│ ┌─────┴─────┐ ┌──┴──┐ ┌─────┴─────┐ │
│ │ 도쿄 ISP │ │해저 │ │ 뉴욕 ISP │ │
│ └───────────┘ │케이블│ └───────────┘ │
│ └─────┘ │
│ │
│ 특징: │
│ - 다양한 전송 매체 사용 (광섬유, 위성, 해저 케이블) │
│ - 상대적으로 낮은 대역폭, 높은 지연 │
│ - ISP를 통한 연결 │
│ │
│ 기술: MPLS, VPN, 전용선, SD-WAN │
│ │
└─────────────────────────────────────────────────────────────────┘
네트워크 유형 비교¶
| 유형 | 범위 | 속도 | 예시 |
|---|---|---|---|
| PAN | ~10m | 다양 | Bluetooth 이어폰, USB 장치 |
| LAN | ~1km | 고속 (1-10 Gbps) | 사무실, 가정 네트워크 |
| MAN | ~50km | 중간 | 도시 케이블 네트워크 |
| WAN | 무제한 | 저속-고속 | 인터넷, 기업 WAN |
4. 네트워크 토폴로지¶
토폴로지란?¶
토폴로지(Topology): 네트워크의 물리적/논리적 연결 구조
물리적 토폴로지: 실제 케이블/장치의 배치
논리적 토폴로지: 데이터가 흐르는 경로
버스 토폴로지 (Bus Topology)¶
┌─────────────────────────────────────────────────────────────────┐
│ 버스 토폴로지 │
├─────────────────────────────────────────────────────────────────┤
│ │
│ ═══════════════════════════════════════════════════════ │
│ │ │ │ │ │ │
│ ┌───┴───┐ ┌───┴───┐ ┌───┴───┐ ┌───┴───┐ ┌───┴───┐ │
│ │ PC1 │ │ PC2 │ │ PC3 │ │ PC4 │ │ PC5 │ │
│ └───────┘ └───────┘ └───────┘ └───────┘ └───────┘ │
│ │
│ Terminator Terminator │
│ ◄═══════════════ 백본 케이블 ═══════════════► │
│ │
├─────────────────────────────────────────────────────────────────┤
│ 장점 │ 단점 │
│ - 구현이 간단하고 저렴 │ - 케이블 단선 시 전체 장애 │
│ - 케이블 사용량이 적음 │ - 충돌 발생 가능 │
│ - 노드 추가가 쉬움 │ - 트러블슈팅 어려움 │
│ │ - 노드 증가 시 성능 저하 │
└─────────────────────────────────────────────────────────────────┘
스타 토폴로지 (Star Topology)¶
┌─────────────────────────────────────────────────────────────────┐
│ 스타 토폴로지 │
├─────────────────────────────────────────────────────────────────┤
│ │
│ ┌───────┐ │
│ │ PC1 │ │
│ └───┬───┘ │
│ │ │
│ ┌───────┐ ┌───┴───┐ ┌───────┐ │
│ │ PC5 │────────────│ 스위치 │────────────│ PC2 │ │
│ └───────┘ │ /허브 │ └───────┘ │
│ └───┬───┘ │
│ ╱ │ ╲ │
│ ╱ │ ╲ │
│ ╱ │ ╲ │
│ ┌───────┐ ┌───┴───┐ ┌───────┐ │
│ │ PC4 │ │ PC3 │ │ 서버 │ │
│ └───────┘ └───────┘ └───────┘ │
│ │
├─────────────────────────────────────────────────────────────────┤
│ 장점 │ 단점 │
│ - 노드 장애가 전체에 영향 없음│ - 중앙 장치 장애 시 전체 장애│
│ - 문제 식별과 해결이 쉬움 │ - 케이블 비용이 많이 듬 │
│ - 노드 추가/제거 용이 │ - 중앙 장치 부하 │
│ - 현재 가장 널리 사용됨 │ │
└─────────────────────────────────────────────────────────────────┘
링 토폴로지 (Ring Topology)¶
┌─────────────────────────────────────────────────────────────────┐
│ 링 토폴로지 │
├─────────────────────────────────────────────────────────────────┤
│ │
│ ┌───────┐ │
│ │ PC1 │ │
│ └───┬───┘ │
│ ↙ │ ↘ │
│ ╱ │ ╲ │
│ ┌───────┐ │ ┌───────┐ │
│ │ PC5 │ │ │ PC2 │ │
│ └───┬───┘ │ └───┬───┘ │
│ │ │ │ │
│ ↓ 데이터 흐름 ↓ │
│ │ (단방향) │ │
│ ┌───┴───┐ ┌───┴───┐ │
│ │ PC4 │─────────│ PC3 │ │
│ └───────┘ ← └───────┘ │
│ │
│ 토큰 링 (Token Ring): │
│ - 토큰을 가진 노드만 전송 가능 │
│ - 충돌 없음 │
│ - FDDI (광섬유 링) │
│ │
├─────────────────────────────────────────────────────────────────┤
│ 장점 │ 단점 │
│ - 충돌 없음 (토큰 사용 시) │ - 한 노드 장애로 전체 영향 │
│ - 모든 노드에 동등한 접근 │ - 노드 추가/제거 시 중단 │
│ - 고부하에서도 성능 유지 │ - 문제 발생 지점 찾기 어려움 │
└─────────────────────────────────────────────────────────────────┘
메시 토폴로지 (Mesh Topology)¶
┌─────────────────────────────────────────────────────────────────┐
│ 메시 토폴로지 │
├─────────────────────────────────────────────────────────────────┤
│ │
│ 풀 메시 (Full Mesh) 부분 메시 (Partial Mesh) │
│ │
│ ┌───────┐ ┌───────┐ │
│ │ PC1 │ │ PC1 │ │
│ └─┬─┬─┬─┘ └─┬───┬─┘ │
│ ╱ │ ╲ ╱ ╲ │
│ ╱ │ ╲ ╱ ╲ │
│ ┌───┴─┐ │ ┌─┴───┐ ┌───┴─┐ ┌─┴───┐ │
│ │ PC4 │──┼──│ PC2 │ │ PC4 │───│ PC2 │ │
│ └──┬──┘ │ └──┬──┘ └──┬──┘ └──┬──┘ │
│ │╲ │ ╱│ │ │ │
│ │ ╲ │ ╱ │ │ │ │
│ │ ╲ │ ╱ │ └────┬────┘ │
│ │ ┌─┴─┐ │ │ │
│ └───│PC3│───┘ ┌────┴────┐ │
│ └───┘ │ PC3 │ │
│ └─────────┘ │
│ 모든 노드가 연결 일부 노드만 연결 │
│ n(n-1)/2 개의 링크 │
│ │
├─────────────────────────────────────────────────────────────────┤
│ 장점 │ 단점 │
│ - 높은 신뢰성과 이중화 │ - 설치 복잡, 비용 높음 │
│ - 다중 경로로 장애 대응 │ - 케이블과 포트 많이 필요 │
│ - 빠른 데이터 전송 │ - 관리 복잡 │
│ - 인터넷 백본에 사용 │ │
└─────────────────────────────────────────────────────────────────┘
하이브리드 토폴로지¶
┌─────────────────────────────────────────────────────────────────┐
│ 하이브리드 토폴로지 │
├─────────────────────────────────────────────────────────────────┤
│ │
│ 실제 네트워크는 여러 토폴로지를 조합하여 사용합니다. │
│ │
│ ┌─────────────┐ │
│ │ 코어 스위치 │ │
│ └──────┬──────┘ │
│ ┌─────────┼─────────┐ │
│ │ │ │ │
│ ┌─────┴─────┐ ┌─┴─┐ ┌─────┴─────┐ │
│ │ 스위치 A │ │...│ │ 스위치 B │ ← 스타 토폴로지 │
│ └─────┬─────┘ └───┘ └─────┬─────┘ │
│ ╱╲ │ ╲ ╱ │ ╲ │
│ ╱ ╲ │ ╲ ╱ │ ╲ │
│ ┌──┐┌──┐┌──┐ ┌──┐ ┌──┐┌──┐┌──┐ ┌──┐ │
│ │PC││PC││PC│ │PC│ │PC││PC││PC│ │PC│ │
│ └──┘└──┘└──┘ └──┘ └──┘└──┘└──┘ └──┘ │
│ 부서 A │ 부서 B │
│ │ │
│ 스타-버스 하이브리드: 각 부서는 스타, 부서 간은 버스 구조 │
│ │
└─────────────────────────────────────────────────────────────────┘
토폴로지 비교 표¶
| 토폴로지 | 신뢰성 | 비용 | 확장성 | 사용 사례 |
|---|---|---|---|---|
| 버스 | 낮음 | 낮음 | 낮음 | 소규모, 레거시 |
| 스타 | 중간 | 중간 | 높음 | 사무실, 가정 |
| 링 | 중간 | 중간 | 중간 | FDDI, 일부 SAN |
| 메시 | 높음 | 높음 | 높음 | 백본, WAN |
| 하이브리드 | 높음 | 중간 | 높음 | 대규모 네트워크 |
5. 패킷 교환 vs 회선 교환¶
회선 교환 (Circuit Switching)¶
┌─────────────────────────────────────────────────────────────────┐
│ 회선 교환 │
├─────────────────────────────────────────────────────────────────┤
│ │
│ 통신 전 전용 경로를 설정하고 유지 │
│ 예: 전통적인 전화 네트워크 (PSTN) │
│ │
│ 1. 연결 설정 │
│ ┌────┐ ┌────┐ ┌────┐ ┌────┐ ┌────┐ │
│ │ A │════►│ SW │════►│ SW │════►│ SW │════►│ B │ │
│ └────┘ └────┘ └────┘ └────┘ └────┘ │
│ ══════════════════════════════ │
│ 전용 회선 설정됨 │
│ │
│ 2. 데이터 전송 │
│ ┌────┐ ┌────┐ ┌────┐ ┌────┐ ┌────┐ │
│ │ A │────►│ SW │────►│ SW │────►│ SW │────►│ B │ │
│ └────┘ └────┘ └────┘ └────┘ └────┘ │
│ 연속적인 데이터 스트림 │
│ │
│ 3. 연결 해제 │
│ ┌────┐ ┌────┐ ┌────┐ ┌────┐ ┌────┐ │
│ │ A │ │ SW │ │ SW │ │ SW │ │ B │ │
│ └────┘ └────┘ └────┘ └────┘ └────┘ │
│ 회선 해제, 자원 반납 │
│ │
├─────────────────────────────────────────────────────────────────┤
│ 장점 │ 단점 │
│ - 일정한 대역폭 보장 │ - 비효율적인 자원 사용 │
│ - 지연 시간 일정 │ - 회선 설정 시간 필요 │
│ - 실시간 통신에 적합 │ - 사용 안 해도 회선 점유 │
│ │ - 확장성 제한 │
└─────────────────────────────────────────────────────────────────┘
패킷 교환 (Packet Switching)¶
┌─────────────────────────────────────────────────────────────────┐
│ 패킷 교환 │
├─────────────────────────────────────────────────────────────────┤
│ │
│ 데이터를 작은 패킷으로 나누어 독립적으로 전송 │
│ 예: 인터넷 │
│ │
│ 원본 데이터: │
│ ┌─────────────────────────────────────────────────────┐ │
│ │ "Hello, World! This is a message." │ │
│ └─────────────────────────────────────────────────────┘ │
│ ↓ │
│ 패킷으로 분할: │
│ ┌────────┐ ┌────────┐ ┌────────┐ ┌────────┐ │
│ │Pkt 1 │ │Pkt 2 │ │Pkt 3 │ │Pkt 4 │ │
│ │"Hello, │ │"World! │ │"This is│ │"message│ │
│ │" │ │" │ │" a " │ │"." │ │
│ └────────┘ └────────┘ └────────┘ └────────┘ │
│ │
│ 서로 다른 경로로 전송: │
│ │
│ ┌────┐ ┌────┐─────────────────────┌────┐ │
│ │ A │─────│ R1 │────────────────────►│ B │ │
│ └────┘ └─┬──┘ ┌────┐ └────┘ │
│ │ │ R2 │ ↑ │
│ └───────►└────┘──────────────┘ │
│ │
│ Pkt 1, 3: A → R1 → B │
│ Pkt 2, 4: A → R1 → R2 → B │
│ │
├─────────────────────────────────────────────────────────────────┤
│ 장점 │ 단점 │
│ - 효율적인 자원 활용 │ - 지연 시간 변동 │
│ - 다중 통신 동시 처리 │ - 패킷 손실 가능 │
│ - 확장성 우수 │ - 패킷 순서 보장 안 됨 │
│ - 장애 시 우회 경로 가능 │ - 헤더 오버헤드 │
└─────────────────────────────────────────────────────────────────┘
패킷 구조¶
┌─────────────────────────────────────────────────────────────────┐
│ 패킷 구조 │
├─────────────────────────────────────────────────────────────────┤
│ │
│ ┌──────────────────────────────────────────────────────┐ │
│ │ 헤더 (Header) │ 페이로드 (Payload) │ 트레일러 │ │
│ │ │ (실제 데이터) │ (옵션) │ │
│ └──────────────────────────────────────────────────────┘ │
│ │
│ 헤더에 포함되는 정보: │
│ ┌─────────────────────────────────────────────────────┐ │
│ │ 출발지 주소 │ 목적지 주소 │ 패킷 번호 │ 프로토콜 정보 │ │
│ └─────────────────────────────────────────────────────┘ │
│ │
│ 예시: IP 패킷 │
│ ┌───────┬───────┬───────┬───────┬─────────────────────┐ │
│ │Version│ IHL │ TOS │ Total │ Identification │ │
│ │(4bit) │(4bit) │(8bit) │Length │ (16bit) │ │
│ ├───────┴───────┴───────┴───────┼─────────────────────┤ │
│ │ Flags │ Fragment Offset│ TTL │Protocol │ │
│ ├────────────────────────────────┼──────────┴─────────┤ │
│ │ Header Checksum │ │ │
│ ├────────────────────────────────┴─────────────────────┤ │
│ │ Source IP Address (32bit) │ │
│ ├──────────────────────────────────────────────────────┤ │
│ │ Destination IP Address (32bit) │ │
│ ├──────────────────────────────────────────────────────┤ │
│ │ Data... │ │
│ └──────────────────────────────────────────────────────┘ │
│ │
└─────────────────────────────────────────────────────────────────┘
비교 요약¶
| 특성 | 회선 교환 | 패킷 교환 |
|---|---|---|
| 연결 설정 | 필요 | 불필요 |
| 대역폭 | 고정 할당 | 동적 할당 |
| 자원 효율성 | 낮음 | 높음 |
| 지연 시간 | 일정 | 변동 |
| 신뢰성 | 높음 | 프로토콜 의존 |
| 사용 예 | 전화, ISDN | 인터넷, VoIP |
6. 클라이언트-서버 vs P2P¶
클라이언트-서버 모델¶
┌─────────────────────────────────────────────────────────────────┐
│ 클라이언트-서버 모델 │
├─────────────────────────────────────────────────────────────────┤
│ │
│ ┌─────────────┐ │
│ │ 서버 │ │
│ │ (Server) │ │
│ │ │ │
│ │ - 자원 제공 │ │
│ │ - 요청 처리 │ │
│ │ - 중앙 집중 │ │
│ └──────┬──────┘ │
│ │ │
│ ┌─────────────────┼─────────────────┐ │
│ │ │ │ │
│ ▼ ▼ ▼ │
│ ┌───────────┐ ┌───────────┐ ┌───────────┐ │
│ │ 클라이언트 │ │ 클라이언트 │ │ 클라이언트 │ │
│ │ (Client) │ │ (Client) │ │ (Client) │ │
│ │ │ │ │ │ │ │
│ │ - 요청자 │ │ - 요청자 │ │ - 요청자 │ │
│ │ - 사용자 │ │ - 사용자 │ │ - 사용자 │ │
│ └───────────┘ └───────────┘ └───────────┘ │
│ │
│ 예시: 웹 브라우저 ←→ 웹 서버 │
│ 이메일 클라이언트 ←→ 메일 서버 │
│ 모바일 앱 ←→ API 서버 │
│ │
├─────────────────────────────────────────────────────────────────┤
│ 장점 │ 단점 │
│ - 중앙 집중 관리 │ - 서버 장애 시 전체 영향 │
│ - 보안 관리 용이 │ - 서버 부하 집중 │
│ - 데이터 일관성 유지 │ - 확장 비용 높음 │
│ - 백업 및 복구 편리 │ - 단일 실패 지점 (SPOF) │
└─────────────────────────────────────────────────────────────────┘
P2P (Peer-to-Peer) 모델¶
┌─────────────────────────────────────────────────────────────────┐
│ P2P (Peer-to-Peer) 모델 │
├─────────────────────────────────────────────────────────────────┤
│ │
│ 모든 노드가 동등한 자격으로 클라이언트이자 서버 역할 │
│ │
│ ┌────────┐ ┌────────┐ │
│ │ Peer A │◄──────────────►│ Peer B │ │
│ │ │ │ │ │
│ └───┬────┘ └────┬───┘ │
│ │ ╲ ╱ │ │
│ │ ╲ ╱ │ │
│ │ ╲ ╱ │ │
│ │ ╲ ╱ │ │
│ │ ╲ ╱ │ │
│ ▼ ▼ ▼ ▼ │
│ ┌────────┐ ┌────────┐ │
│ │ Peer C │◄──────────────►│ Peer D │ │
│ │ │ │ │ │
│ └────────┘ └────────┘ │
│ │
│ 파일 공유 예시 (BitTorrent): │
│ ┌─────────────────────────────────────────────────┐ │
│ │ 파일: movie.mp4 (1GB) │ │
│ │ │ │
│ │ Peer A: [######....] 60% - 조각 1,2,3,4,5,6 │ │
│ │ Peer B: [....######] 60% - 조각 5,6,7,8,9,10 │ │
│ │ Peer C: [##........] 20% - 조각 1,2 │ │
│ │ Peer D: [..####....] 40% - 조각 3,4,5,6 │ │
│ │ │ │
│ │ 각 피어가 가진 조각을 서로 공유 │ │
│ └─────────────────────────────────────────────────┘ │
│ │
│ 예시: BitTorrent, Bitcoin, Skype (초기), IPFS │
│ │
├─────────────────────────────────────────────────────────────────┤
│ 장점 │ 단점 │
│ - 단일 실패 지점 없음 │ - 보안 관리 어려움 │
│ - 확장성 우수 │ - 데이터 일관성 유지 어려움 │
│ - 비용 효율적 │ - 악의적 노드 가능 │
│ - 사용자 증가 = 자원 증가 │ - 성능이 참여자에 의존 │
└─────────────────────────────────────────────────────────────────┘
하이브리드 모델¶
┌─────────────────────────────────────────────────────────────────┐
│ 하이브리드 모델 │
├─────────────────────────────────────────────────────────────────┤
│ │
│ 중앙 서버와 P2P를 결합한 구조 │
│ │
│ ┌─────────────────┐ │
│ │ 인덱스 서버 │ │
│ │ (피어 목록 관리)│ │
│ └────────┬────────┘ │
│ │ │
│ ┌────────────┼────────────┐ │
│ │ │ │ │
│ ┌────┴────┐ ┌────┴────┐ ┌────┴────┐ │
│ │ Peer A │ │ Peer B │ │ Peer C │ │
│ └────┬────┘ └────┬────┘ └────┬────┘ │
│ │ │ │ │
│ └────────────┼────────────┘ │
│ 직접 P2P 통신 │
│ │
│ 예시: │
│ - Spotify: 인증은 서버, 스트리밍은 P2P (일부) │
│ - Skype (구버전): 로그인은 서버, 통화는 P2P │
│ - 온라인 게임: 매칭은 서버, 게임 플레이는 P2P │
│ │
└─────────────────────────────────────────────────────────────────┘
모델 비교¶
| 특성 | 클라이언트-서버 | P2P | 하이브리드 |
|---|---|---|---|
| 관리 | 중앙 집중 | 분산 | 혼합 |
| 확장성 | 제한적 | 우수 | 우수 |
| 신뢰성 | 서버 의존 | 분산 | 혼합 |
| 보안 | 관리 용이 | 관리 어려움 | 중간 |
| 비용 | 서버 비용 높음 | 낮음 | 중간 |
7. 네트워크 장비¶
계층별 네트워크 장비¶
┌─────────────────────────────────────────────────────────────────┐
│ 네트워크 장비 계층 │
├─────────────────────────────────────────────────────────────────┤
│ │
│ OSI 계층 장비 │
│ ───────────────────────────────────── │
│ 7. 응용 계층 ─→ 방화벽 (L7), 프록시, 로드밸런서 │
│ 6. 표현 계층 ─→ │
│ 5. 세션 계층 ─→ │
│ 4. 전송 계층 ─→ 방화벽 (L4) │
│ 3. 네트워크 계층 ─→ 라우터, L3 스위치 │
│ 2. 데이터링크 ─→ 스위치 (L2), 브리지 │
│ 1. 물리 계층 ─→ 허브, 리피터, 케이블, NIC │
│ │
└─────────────────────────────────────────────────────────────────┘
주요 네트워크 장비¶
┌─────────────────────────────────────────────────────────────────┐
│ 장비 │ 계층 │ 기능 │
├────────────────┼────────┼────────────────────────────────────────┤
│ 리피터 │ L1 │ 신호 증폭, 거리 연장 │
│ (Repeater) │ │ │
├────────────────┼────────┼────────────────────────────────────────┤
│ 허브 │ L1 │ 다중 포트 리피터, 모든 포트로 전송 │
│ (Hub) │ │ (브로드캐스트) │
├────────────────┼────────┼────────────────────────────────────────┤
│ 브리지 │ L2 │ 두 네트워크 연결, MAC 주소 학습 │
│ (Bridge) │ │ │
├────────────────┼────────┼────────────────────────────────────────┤
│ 스위치 │ L2 │ 다중 포트 브리지, MAC 기반 전달 │
│ (Switch) │ (L3) │ L3 스위치는 라우팅 기능 포함 │
├────────────────┼────────┼────────────────────────────────────────┤
│ 라우터 │ L3 │ 네트워크 간 패킷 전달, IP 기반 │
│ (Router) │ │ 경로 결정 │
├────────────────┼────────┼────────────────────────────────────────┤
│ 게이트웨이 │ L3-L7 │ 서로 다른 프로토콜 변환 │
│ (Gateway) │ │ │
├────────────────┼────────┼────────────────────────────────────────┤
│ 방화벽 │ L3-L7 │ 트래픽 필터링, 보안 정책 적용 │
│ (Firewall) │ │ │
└────────────────┴────────┴────────────────────────────────────────┘
허브 vs 스위치¶
┌─────────────────────────────────────────────────────────────────┐
│ 허브 (Hub) - L1 장비 │
├─────────────────────────────────────────────────────────────────┤
│ │
│ PC1에서 PC3로 데이터 전송: │
│ │
│ ┌────┐ ┌────┐ ┌────┐ ┌────┐ │
│ │PC1 │ │PC2 │ │PC3 │ │PC4 │ │
│ └──┬─┘ └──┬─┘ └──┬─┘ └──┬─┘ │
│ ▼ ▼ ▼ ▼ │
│ ═══╪══════╪══════╪══════╪═══ │
│ │ │ │ │ │
│ └──────┴──────┴──────┘ │
│ ┌────────┐ │
│ │ 허브 │ │
│ └────────┘ │
│ │
│ 모든 포트로 전송 (브로드캐스트) │
│ 충돌 발생 가능 (충돌 도메인 = 전체) │
│ │
└─────────────────────────────────────────────────────────────────┘
┌─────────────────────────────────────────────────────────────────┐
│ 스위치 (Switch) - L2 장비 │
├─────────────────────────────────────────────────────────────────┤
│ │
│ PC1에서 PC3로 데이터 전송: │
│ │
│ ┌────┐ ┌────┐ ┌────┐ ┌────┐ │
│ │PC1 │ │PC2 │ │PC3 │ │PC4 │ │
│ └──┬─┘ └──┬─┘ └──┬─┘ └──┬─┘ │
│ │ │ ▲ │ │
│ ▼ │ │ │ │
│ ═══╪══════╪══════╪══════╪═══ │
│ │ │ │
│ └─────────────┘ │
│ ┌────────┐ │
│ │ 스위치 │ MAC 테이블 사용 │
│ └────────┘ 목적지로만 전송 │
│ │
│ MAC 주소 기반 전달 (유니캐스트) │
│ 포트별 충돌 도메인 분리 │
│ │
└─────────────────────────────────────────────────────────────────┘
라우터¶
┌─────────────────────────────────────────────────────────────────┐
│ 라우터 (Router) - L3 장비 │
├─────────────────────────────────────────────────────────────────┤
│ │
│ 서로 다른 네트워크 간 패킷 전달 │
│ │
│ ┌───────────────────┐ ┌───────────────────┐ │
│ │ 네트워크 A │ │ 네트워크 B │ │
│ │ 192.168.1.0/24 │ │ 192.168.2.0/24 │ │
│ │ │ │ │ │
│ │ ┌────┐ ┌────┐ │ │ ┌────┐ ┌────┐ │ │
│ │ │PC1 │ │PC2 │ │ │ │PC3 │ │PC4 │ │ │
│ │ └──┬─┘ └──┬─┘ │ │ └──┬─┘ └──┬─┘ │ │
│ │ └──┬───┘ │ │ └──┬───┘ │ │
│ │ │ │ │ │ │ │
│ └────────┼─────────┘ └────────┼─────────┘ │
│ │ │ │
│ │ ┌──────────────┐ │ │
│ └────►│ 라우터 │◄────┘ │
│ │ │ │
│ │ 라우팅 테이블│ │
│ │ 경로 결정 │ │
│ └───────┬──────┘ │
│ │ │
│ ▼ │
│ ┌─────────┐ │
│ │ 인터넷 │ │
│ └─────────┘ │
│ │
│ 기능: │
│ - IP 주소 기반 패킷 전달 │
│ - 라우팅 프로토콜 (RIP, OSPF, BGP) │
│ - NAT (Network Address Translation) │
│ - 방화벽 기능 │
│ │
└─────────────────────────────────────────────────────────────────┘
8. 연습 문제¶
기초 문제¶
1. 다음 네트워크 유형을 범위에 따라 작은 것부터 순서대로 나열하시오. - WAN, LAN, PAN, MAN
2. 스타 토폴로지에서 중앙 장비가 고장나면 어떤 일이 발생하는가?
3. 다음 중 L2 장비는? - (a) 허브 - (b) 스위치 - (c) 라우터 - (d) 리피터
4. 패킷 교환과 회선 교환의 차이점을 설명하시오.
응용 문제¶
5. 다음 시나리오에서 적절한 토폴로지를 선택하고 이유를 설명하시오. - 10명 규모의 소규모 사무실 - 은행의 ATM 네트워크 - 해저 케이블을 통한 대륙 간 연결
6. 클라이언트-서버 모델이 적합한 상황과 P2P 모델이 적합한 상황을 각각 2가지씩 설명하시오.
7. 다음 네트워크 구성도를 보고 물음에 답하시오.
[PC1] ──┐
│
[PC2] ──┼──[스위치A]──[라우터]──[스위치B]──┼──[PC5]
│ │
[PC3] ──┘ └──[PC6]
- (a) PC1이 PC3와 통신할 때 어떤 장비를 거치는가?
- (b) PC1이 PC5와 통신할 때 어떤 장비를 거치는가?
- (c) 스위치A가 고장나면 어떤 PC가 영향을 받는가?
심화 문제¶
8. ARPANET에서 인터넷으로 발전하는 과정에서 TCP/IP의 역할을 설명하시오.
9. 메시 토폴로지가 인터넷 백본에 적합한 이유를 3가지 이상 설명하시오.
10. 현대 네트워크에서 버스 토폴로지가 거의 사용되지 않는 이유를 설명하시오.
정답
**1.** PAN < LAN < MAN < WAN **2.** 전체 네트워크가 다운됨 (단일 실패 지점) **3.** (b) 스위치 **4.** - 회선 교환: 통신 전 전용 경로 설정, 연결 동안 대역폭 고정 할당, 자원 효율 낮음 - 패킷 교환: 데이터를 패킷으로 분할, 독립적 경로로 전송, 자원 효율 높음, 지연 변동 가능 **5.** - 소규모 사무실: 스타 토폴로지 (관리 용이, 장애 격리) - ATM 네트워크: 메시 또는 스타 (신뢰성 중요) - 대륙 간 연결: 메시 토폴로지 (다중 경로, 높은 신뢰성 필요) **6.** - 클라이언트-서버: 온라인 뱅킹 (보안/일관성), 기업 이메일 (중앙 관리) - P2P: 파일 공유 (BitTorrent), 암호화폐 (분산 원장) **7.** - (a) 스위치A만 - (b) 스위치A → 라우터 → 스위치B - (c) PC1, PC2, PC3 **8.** TCP/IP는 서로 다른 네트워크를 연결하는 표준 프로토콜로, 1983년 ARPANET에서 NCP 대신 TCP/IP를 채택하면서 이종 네트워크 간 통신이 가능해졌고, 이것이 오늘날 인터넷의 기반이 됨 **9.** - 다중 경로로 장애 시 우회 가능 - 높은 대역폭과 신뢰성 제공 - 트래픽 분산으로 병목 완화 - 확장성 우수 - 네트워크 복원력 향상 **10.** - 케이블 단선 시 전체 네트워크 장애 - 노드 증가 시 성능 저하 (충돌 증가) - 트러블슈팅 어려움 - 현대의 고속 네트워크 요구사항에 부적합다음 단계¶
- 02_OSI_7계층_모델.md - OSI 참조 모델과 계층별 기능
참고 자료¶
- Computer Networking: A Top-Down Approach (Kurose & Ross)
- Cisco Networking Basics
- Khan Academy: Internet 101
- NetworkChuck YouTube Channel