[네트워크] 컴퓨터 네트워크와 인터넷

본 내용은 Computer Networking: A Top-down Approach 를 읽고 공부한 내용입니다.

목차
1. 인터넷이란 무엇인가?
  1) 구성요소로 본 인터넷
  2) 서비스로 본 인터넷
  3) 프로토콜이란 무엇인가?
2. 네트워크의 가장자리
  1) 클라이언트와 서버 프로그램
  2) 접속 네트워크
  3) 물리 매체
3. 네트워크 코어 
  1) 회선 교환과 패킷 교환
  2) Routing과 Forwarding

---

에필로그

저번에 카페에 갔다가 넘 귀여운 코알라를 발견했다! 귀여워..

---

1. 인터넷이란 무엇인가?

인터넷은 한 문장으로 간결한 정의를 하기 쉽지 않다. 인터넷이 제공하는 서비스, 하드웨어, 소프트웨어 등 모든 요소에 이르기까지 인터넷은 너무나 복잡하다. 따라서 아래에서 두 가지 방법으로 설명한다. 1️⃣너트와 볼트 등 구성요소로 살펴보기, 그리고 2️⃣하드웨어와 소프트웨어 요소, 즉 서비스로 살펴보기가 그것이다.
가 그것이다.

1.1 구성요소로 본 인터넷(너트와 볼트)
아래 용어들과 흐름을 보며 인터넷의 구성요소들에 대해 대략적으로 알아보자!

호스트 또는 종단시스템(end system): 이 세상에는 휴대폰, 자동차, 그림액자, 컴퓨터 .. 등 무수히 많은 전자기기가 있다. 이 기기들을 우리는 호스트 또는 종단 시스템(end system)이라고 부른다. 
link와 switch: 종단 시스템은 통신 링크(communication link)와 패킷 스위치(packet switch)의 네트워크로 연결된다.
물리매체(physical media): 이들 링크는 동축케이블, 구리선, 광케이블, 라디오 스펙트럼을 포함한 다양한 물리매체(physical media)로 구성된다.
이 때 링크들은 다양한 전송률(transmission rate)을 이용하여 데이터를 전송하며 전송률은 초당 비트수(bps) 단위를 사용한다. 
패킷: 한 종단 시스템에서 다른 종단 시스템으로 데이터를 보낼 때 그 데이터를 segment로 나누고, 그 세그먼트에 header를 붙여 packet을 만들어 보낸다.
패킷 교환기(또는 스위치): 입력 통신 링크의 하나로 도착하는 패킷을 받아서 출력 통신 링크의 하나로 그 패킷을 전달한다. 패킷 스위치로는 router와 링크 계층 스위치(link-layer switch)가 가장 많이 사용된다.
router, path: 전송된 정보가 출발지로부터 여러 통신 링크와 라우터들을 거쳐 목적지로 이르는 길을 뜻한다.
ISP: 패킷 스위치들과 통신 링크들로 이루어진 네트워크로, 종단시스템들은 이 ISP를 통해 인터넷에 접속한다.
프로토콜(TCP, IP): 종단 시스템, 패킷 스위치 등이 인터넷에서 정보 송수신을 제어하는 프로토콜이다. 패킷 포맷 등이 기술되어 있다.

 

1.2 서비스로 본 인터넷

애플리케이션에게 서비스를 제공하는 인프라구조로서 인터넷을 기술하는 관점이다. 애플리케이션은 전자메일, 웹 서핑, VoIP, 라디오, 비디오 스트리밍 등을 이야기한다.
가장 잘 설명할 수 있는 개념은 API에 해당하는데, 한 어플리케이션이 인터넷에게 다른 어플리케이션에게 데이터를 보내라고 지시할 때 API를 사용하게 된다. 인터넷 API는 송신 소프트웨어가 따라야 하는 규칙의 집합으로, 인터넷은 이 규칙에 따라 데이터를 목적지 소프트웨어에 전달하게 된다.

1.3 프로토콜
쉽게 소통 방식이라고 생각하면 되는데, 컴퓨터 내부에서, 또는 컴퓨터 사이에서 데이터의 교환 방식을 정의하는 규칙 체계를 의미한다.

---

2. 네트워크의 가장자리

2.1 클라이언트와 서버 프로그램
클라이언트 프로그램은 한 종단 시스템에서 수행되는 서버 프로그램에게 서비스를 요청하며, 서비스를 받는 다른 종단 시스템에서 수행되는 프로그램을 의미한다. 간단히 클라이언트와 서버를 각각 고객과 상점이라고 생각해도 좋을 것 같다.
요즘에는 P2P 방식으로 두 종단 시스템 모두 client와 server 모두를 담당하는 프로그램을 수행하기도 한다.

2.2  접속 네트워크
세 가지의 경우로 나누어진다. 
가정의 종단 시스템을 네트워크에 연결하는 가정 접속, 사업체나 교육기관의 종단 시스템을 네트워크에 연결하는 기관 접속, 이동단말기를 네트워크에 연결하는 무선 접속으로 나누어진다. DSL, LAN, 와이파이, 이더넷 등에 해당한다.

3.3 물리 매체
종단 시스템 간 비트(데이터)가 전송될 때 무수히 많은 링크와 라우터를 거치게 된다. 이 때 각 송신기-수신기 쌍에 대해 이 비트는 물리 매체(physical media) 상에 전자파나 광 펄스를 전파하여 전송한다. 꼬임상 동선, 동축케이블, 다중모드 광섬유 케이블, 지상파와 위성파 등이 물리 매체의 예이다. 
이 물리매체는 견고한 매체를 따라 파형을 유도하는 유도 매체와, 대기와 야외 공간으로 파형을 전파하는 비유도 매체로 나뉜다.

꼬임상 동선, 동축케이블, 광섬유

---

3. 네트워크 코어

3.1 회선 교환과 패킷 교환

간단한 예로 일단 이 둘의 차이를 알아보자! 회선 교환에서는 종단 시스템 간 통신을 제공하기 위해 경로 상 필요한 자원이 통신 세션 동안에 예약된다.
즉, 회선 교환은 예약을 요구하는 레스토랑이라면, 패킷 교환은 예약이 필요없는 또는 받지도 않는 레스토랑이다. 예약을 요구하는 레스토랑(회선)은 집을 떠나기 전에 전화로 예약해야 하고 아닌 레스토랑(패킷)은 레스토랑에 가서 테이블을 할당받기 위해 기다려야 할 수도 있다.

사실 모든 전기통신 네트워크를 회선/패킷 교환으로 분명하게 구분할 수는 없다. 대략 회선 교환(circuit switching)은 전화망과 인터넷에, 패킷 교환(packet switching)은 인터넷과, 다양한 유형의 데이터 (음성, 영상, 파일) 전송에 사용된다.

회선 교환은 하나의 회선을 할당받아 데이터를 주고받는 방식으로, 사용되는 회선 전체를 독점하는 형태이다.
FDM(주파수 분할 다중화)과 TDM(시분할 다중화)으로 나누어 설명할 수 있는데, FDM은 할당된 대역폭을 나누어 사용하는 방식이고 TDM은 할당된 대역폭을 시간단위로 나누어 번갈아가면서 사용하는 방식이다.

 

패킷 교환은 그 때 그 때 store and forward하는 방식으로, queue를 사용한다. 새로 도착한 패킷이 큐에서 대기하게 되어 큐잉 지연(queuing delay)을 겪을 수도 있고, 새로 도착한 패킷이 꽉 찬 buffer를 만나게 되어 패킷 손실이 (packet loss) 날 수도 있다. 

3.2 Routing과 Forwarding
Routing과 Forwarding은 모두 컴퓨터 네트워크에서 데이터를 전송하기 위해 사용되는 개념이다. 간단히 설명하면, Routing은 패킷이 전송될 경로(우편 주소)를 결정하는 프로세스이고, Forwarding은 결정된 경로를 따라 패킷을 실제로 전송하는(택배의 현재 위치 조회) 프로세스이다.