[전공 중간고사 정리] 네트워크 개론 – 네트워크의 이해·구성·통신·OSI 참조 모델

네트워크를 쓰는 이유 4가지

• 데이터 공유: 서버에 저장된 파일을 여러 컴퓨터에서 동시에 접근
• 주변장치 공유: 프린터 1대를 여러 PC가 함께 사용
• 능률적인 통신: 이메일 송수신 등 서버를 거쳐 수신자에게 전달
• 손쉬운 백업: 구글 드라이브 등 클라우드에 자동 저장

기업 네트워크는 라우터, 방화벽, 스위치, DNS 서버 등이 복잡하게 얽혀 있지만, 결국 컴퓨터들을 연결한 것이라는 본질은 같습니다.

2. 데이터 전송 규칙

패킷(Packet)
패킷은 데이터를 잘게 쪼갠 전송 단위입니다. 큰 파일을 그대로 보내지 않고 나눠서 전송하며, 각 패킷에 순서 번호를 붙여 보내고 수신 측에서 번호 순서대로 재조립해 원래 데이터를 복원합니다. 하나가 손실되면 그것만 다시 받으면 되고, 네트워크 자원을 효율적으로 쓸 수 있습니다. 다만 패킷은 순서 없이 랜덤으로 도착할 수 있어 번호로 재조립하는 과정이 필요합니다.

패킷의 구조

• 헤더: 송수신지 주소, 일련번호, 데이터 형태 등
• 페이로드: 실제 전송하려는 데이터
• 제어 요소: 오류 검출 등

대역폭(Bandwidth)
네트워크에서 이용 가능한 최대 전송 속도(단위 시간당 전송량)를 말하며, 단위는 bps(bit per second)입니다.

3. 비트와 바이트
• 비트(bit): 0 또는 1, 데이터의 최소 단위
• 바이트(byte): 8비트 = 1바이트, 컴퓨터가 읽고 쓰는 기본 단위

컴퓨터는 0과 1(2진수)만 사용하는데 문자 입력이 가능한 이유는 아스키코드 같은 문자 코드 덕분입니다. 예를 들어 ‘A’는 10진수로 65, 2진수로 01000001입니다.

4. 네트워크 분석 도구 - 와이어샤크

실시간으로 패킷을 캡처하고 분석할 수 있는 무료 오픈소스 프로그램입니다. GPL 라이선스로 소스코드가 공개되어 있고, 패킷 캡처에 필요한 드라이버인 WinPcap이 설치 시 함께 설치됩니다. 네트워크 인터페이스(랜카드)를 선택하면 캡처가 시작됩니다.

화면 구성은 세 영역으로 나뉩니다.

• 패킷 리스트 영역(상단): Source, Destination, Protocol 등 캡처된 패킷 목록
• 패킷 상세 영역(중앙): 선택한 패킷의 계층별 상세 정보
• 패킷 데이터 영역(하단): 실제 전송 데이터(16진수 + 문자)

Source는 내 IP, Destination은 접속한 웹사이트 IP입니다. HTTP만 보고 싶으면 필터 창에 http를 입력하고, 동일 사이트 재접속 시 패킷이 안 잡히면 Ctrl+새로고침으로 캐시를 우회합니다. 캡처 파일은 .pcapng 형식으로 저장됩니다.

5. 네트워크 설정

유선: 랜카드 설치 → 이더넷 케이블로 허브/스위치/라우터 연결 → 자동 연결 → 테스트로 확인

무선: 무선 랜카드 설치 → Wi-Fi 목록 확인 → 원하는 네트워크 선택 후 암호 입력 → 연결

6. 네트워크 명령어
• hostname: 컴퓨터 이름 확인
• net user: 사용자 계정 목록 확인
• ipconfig: IP 주소, 서브넷 마스크, 게이트웨이 확인
• ipconfig /all: MAC 주소 포함 전체 네트워크 정보 확인
• ipconfig /release: 현재 IP 해제
• ipconfig /renew: DHCP에서 새 IP 갱신
• ping [IP주소]: 연결 가능 여부 테스트

IP 주소는 네트워크에 연결된 모든 장치의 고유 주소이고, MAC 주소는 하드웨어에 새겨진 물리적 주소입니다.

Chapter 1 핵심 요약
패킷은 데이터를 쪼갠 전송 단위로 번호를 붙여 재조립되고, 1바이트는 8비트이며 최소 단위는 비트입니다. 와이어샤크는 무료 패킷 캡처 도구로 WinPcap이 필요하고, ipconfig는 IP 확인용, ping은 연결 테스트용입니다. 대역폭은 최대 전송 속도이며 단위는 bps입니다.

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Chapter 2. 네트워크의 구성
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1. 네트워크의 3가지 구성 요소
• PC/서버: 데이터를 주고받는 주체
• 네트워크 접속 장치: 스위치, 라우터 등 데이터 전달을 돕는 장치
• 전송 매체: 케이블, 와이파이 전파 등 데이터가 이동하는 통로
2. 네트워크의 형태

LAN(근거리 네트워크)
건물 하나 또는 특정 지역 범위. 우리 집 와이파이, 학교 실습실 컴퓨터들이 예시입니다. 프로토콜(데이터 송수신 규칙)로 운용되며, 하나의 LAN이 여러 프로토콜을 쓸 수도 있습니다.

WAN(광역 네트워크)
도시, 나라 전체 수준. 두 개 이상의 LAN을 넓은 지역에 걸쳐 연결한 것이며, 인터넷이 대표 예시입니다.

인트라넷(Intranet)
인터넷 기술을 활용해 만든 사설(내부) 네트워크로, 특정 기업이나 조직 내부 구성원만 사용하는 폐쇄적인 네트워크입니다(학교 포털시스템이 예시). ISP에만 연결하면 저렴하게 구축할 수 있지만, 인터넷을 경유하므로 외부 노출 위험이 있어 보안이 필요합니다.

3. 네트워크 접속 장치

LAN 카드(NIC)
컴퓨터가 네트워크에 연결되기 위해 반드시 필요한 부품입니다. 세상에 하나뿐인 고유 주소인 MAC 주소(48비트)를 가지며, 앞 24비트는 제조사 코드, 뒤 24비트는 제품 고유번호입니다. 확인은 ipconfig /all, 랜카드 이상 진단은 ping 127.0.0.1로 할 수 있습니다.

허브(Hub)
한 포트로 들어온 신호를 연결된 모든 포트로 전달합니다.

• 더미 허브: 전체 대역폭을 연결된 컴퓨터 수로 나눔(연결 많을수록 느려짐), 소규모(10대 이하)에 적합, 가장 저렴
• 스위칭 허브: 각 컴퓨터에 전체 대역폭 보장
• 스태커블 허브: 허브끼리 연결해 용량 확장
• 인텔리전트 허브: 신호 조절 등 지능형 기능 포함

스위치(Switch)
허브보다 스마트하게, 목적지 주소를 확인해 해당 컴퓨터에만 전송합니다. 연결된 컴퓨터 수와 관계없이 각각 전체 대역폭을 보장합니다.

브리지(Bridge)
두 개 이상의 LAN을 연결해 하나의 네트워크처럼 만들며, 세그먼트로 분할해 전체 트래픽을 줄입니다.

게이트웨이(Gateway)
서로 다른 종류의 네트워크를 연결하는 장치로, 프로토콜이 달라도 변환해서 통신 가능하게 합니다.

중계기(Repeater)
케이블 거리가 멀어지면 약해지는 신호를 증폭해 멀리까지 전송 가능하게 합니다(UTP 케이블 최대 100m).

라우터(Router)
서로 다른 네트워크 간 통신을 담당하며, IP 주소를 바탕으로 최적 경로를 선택해 데이터를 전달(라우팅)합니다. 라우팅 테이블에 경로 정보가 저장됩니다.

AP(Access Point)
노트북, 스마트폰 같은 무선 기기를 유선 네트워크에 연결해주는 장치입니다(공항, 카페 와이파이 등).

스위치 vs 라우터
스위치는 같은 네트워크 안에서 MAC 주소로 데이터를 전달하고(건물 내 내선전화에 비유), 라우터는 서로 다른 네트워크끼리 IP 주소로 연결합니다(건물 밖 외선전화에 비유).

4. 네트워크 토폴로지

성형(Star)
중앙 허브에 모든 컴퓨터가 연결된 형태로 현재 가장 많이 사용됩니다. 케이블 하나가 끊겨도 해당 컴퓨터만 영향받아 유지보수가 쉽지만, 중앙 허브 고장 시 전체가 마비됩니다.

버스형(Bus)
하나의 긴 케이블에 모든 컴퓨터를 연결하는 형태로 설치가 간단하고 저렴하지만, 중앙 케이블 고장 시 전체가 마비되고 데이터 충돌이 발생할 수 있습니다.

트리형(Tree)
성형을 계층적으로 확장한 형태로 확장과 관리가 쉽지만 병목현상이 발생할 수 있습니다.

링형(Ring)
모든 컴퓨터가 원형으로 연결되며(단순 링형은 한 방향, 이중 링형은 양방향), 케이블 비용이 적지만 끊기면 전체가 마비될 수 있습니다.

그물형(Mesh)
모든 컴퓨터가 서로 전용선으로 연결되어 신뢰성과 보안이 최고 수준이지만 비용도 가장 많이 듭니다.

5. 네트워크 전송 매체

유선 전송 매체

• 동축 케이블: 속도 중간, 비용 중간, 외부 간섭에 강함
• 꼬임선(UTP/FTP/STP): 속도 가장 낮음, 저렴, 외부 간섭에 약함(간섭 차단 성능은 STP > FTP > UTP 순), 설치가 가장 쉬움. 카테고리는 Cat3(10Mbps) → Cat5(100Mbps) → Cat5e(1Gbps) → Cat6(1Gbps)
• 광섬유: 속도 가장 빠름, 비쌈, 외부 간섭 없음, 설치가 가장 어려움

무선 전송 매체

• 라디오파: AM/FM, 방향성 없음, 이동통신에 사용(800MHz~1.5GHz)
• 마이크로파: 직진성이 강함(지상 마이크로파는 파라볼라 안테나, 위성 마이크로파는 약 35,860km 상공)

1. 서버와 클라이언트

서버는 데이터를 제공하는 컴퓨터(유튜브 서버, 네이버 서버 등)이고, 클라이언트는 데이터를 요청·수신하는 컴퓨터(내 스마트폰, 노트북 등)입니다. 클라이언트/서버 시스템은 요청하면 서비스를 제공하는 구조입니다.

2. LAN 통신 방식 3가지

유니캐스트(Unicast) - 1:1 통신
가장 많이 사용하는 방식으로, 수신지 MAC 주소를 지정해 그 컴퓨터에만 전송합니다. 자기 MAC 주소와 다르면 프레임을 버리므로 CPU 부하가 없습니다. 예: 카카오톡 1:1 채팅, 이메일. (프레임은 네트워크에서 데이터를 주고받는 단위입니다.)

브로드캐스트(Broadcast) - 1:전체 통신
같은 네트워크 내 모든 컴퓨터에 한 번에 전송하며, 고정 주소는 FF-FF-FF-FF-FF-FF입니다. 자신의 MAC과 달라도 무조건 CPU로 전달되어 성능 저하가 발생합니다. 대표 사용처는 ARP(상대방 MAC 주소를 알아낼 때)입니다. 원치 않는 컴퓨터도 수신하게 되어 네트워크·컴퓨터 성능 저하가 생길 수 있습니다.

멀티캐스트(Multicast) - 1:그룹 통신
브로드캐스트의 단점을 보완해 원하는 그룹에게만 한 번에 전송합니다. 불필요한 컴퓨터에는 전송하지 않아 효율적이지만, 스위치·라우터가 지원해야 사용 가능합니다. 예: IPTV, 유튜브 라이브 스트리밍.

(참고: 애니캐스트는 가장 가까운 수신자에게 데이터를 전달하는 방식입니다.)

3. 전송 방향에 따른 통신 방식
• 단방향(Simplex): 한쪽 방향으로만 전송, 동시 송수신 불가. 예: 라디오, TV방송, 키보드, 모니터
• 반이중(Half-Duplex): 양방향 가능하지만 동시 불가(번갈아 진행). 예: 무전기, 모뎀. 무전기로 ‘오버’라고 말하는 이유가 바로 반이중 방식이기 때문입니다.
• 전이중(Full-Duplex): 양방향 동시 전송 가능(채널 2개). 예: 전화, 인터넷
4. 직렬 전송 vs 병렬 전송
• 직렬 전송: 1비트씩 순서대로, 회선 1개, 속도 느림, 비용 경제적, 원거리 통신(인터넷)에 사용
• 병렬 전송: 여러 비트 동시에, 회선 n개, 속도 빠름, 비용 비쌈, 근거리(프린터 포트)에 사용
5. 동기화

직렬 전송은 비트를 연속으로 보내므로 수신 측이 시작과 끝을 알아야 하고, 두 컴퓨터의 클록 속도가 다를 수 있어 타이밍을 맞추는 동기화가 필요합니다.

• 동기식 전송: 여러 문자를 블록으로 묶어 한 번에 전송, 속도 빠름(고속 통신), 정확한 비트 전송 보장, 파일 업/다운로드에 사용. 방식은 플래그(비트 지향)나 SYN 문자(문자 지향)로 시작/종료를 구분
• 비동기식 전송: 문자 1개씩 전송, 속도 느림(저속 통신), 비트 전송을 보장하지 않음, 키보드 입력·메신저에 사용. 구조는 [시작비트(1)] [데이터(5~8비트)] [패리티비트] [정지비트(1~2)]
6. 통신 오류 검출

오류의 종류

• 단일 비트 오류: 1개 비트만 변경
• 다중 비트 오류: 2개 이상의 비연속 비트 변경
• 집단 오류: 2개 이상의 연속된 비트 변경(가장 흔함)

패리티 비트 검사
전체 1의 개수를 홀수 또는 짝수로 맞추는 방식입니다. 예를 들어 데이터가 1101001(1이 4개)일 때, 홀수 패리티는 1을 추가해 11101001, 짝수 패리티는 0을 추가해 01101001이 됩니다. 다만 짝수 개의 비트에 동시에 오류가 발생하면 검출이 불가능하다는 한계가 있습니다.

블록 합 검사(Block Sum Check)
문자 블록을 수평(행)과 수직(열)으로 이중 패리티 검사하는 방식이며, BCC(블록 검사 문자)를 끝에 추가해 전송합니다. 1비트 오류는 위치까지 파악 가능하지만, 같은 위치의 2비트 오류는 검출할 수 없습니다.

순환 중복 검사(CRC)
집단 오류 검출에 가장 강력한 방식입니다. 송수신 측이 동일한 생성 다항식을 미리 정하고, 송신 측은 데이터를 그 다항식으로 나눈 나머지(FCS)를 붙여 보내며, 수신 측은 받은 데이터를 같은 다항식으로 나눠 나머지가 0이면 정상, 아니면 오류로 판단합니다. CRC-16은 주로 WAN, CRC-32는 LAN(이더넷)에서 가장 많이 사용됩니다.

Chapter 3 핵심 요약
유니캐스트는 1:1로 MAC 주소가 다르면 프레임을 버리고, 브로드캐스트는 무조건 CPU로 전달되어 성능 저하를 일으킵니다. 멀티캐스트는 그룹 통신에 효율적입니다. 반이중은 무전기처럼 번갈아, 전이중은 전화처럼 동시에 송수신합니다. 직렬은 원거리에 경제적이고 병렬은 근거리에서 빠릅니다. 패리티 비트는 짝수 개 오류를 검출하지 못하고, 블록 합 검사가 이를 보완하며, CRC는 집단 오류 검출에 가장 강력합니다.

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Chapter 4. OSI 참조 모델
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1. OSI 7계층 전체 요약 (암기법: 물데네전세표응)

7 응용(Application) - 데이터 - HTTP, FTP, DNS, SMTP
6 표현(Presentation) - 데이터 - SSL/TLS, JPEG, MPEG
5 세션(Session) - 데이터 - NetBIOS, RPC
4 전송(Transport) - 세그먼트 - TCP, UDP
3 네트워크(Network) - 패킷 - IP, ICMP, ARP / 라우터
2 데이터링크(Data Link) - 프레임 - Ethernet, MAC / 스위치
1 물리(Physical) - 비트 - 케이블, 허브, 리피터

TCP/IP 모델에서는 응용/표현/세션이 응용 계층으로, 데이터링크/물리가 네트워크 접속 계층으로 통합됩니다.

2. OSI 참조 모델 개요

1970년대 후반 통신 회사마다 자기 장비끼리만 통신 가능한 문제가 있었고, 이를 해결하기 위해 ISO(국제표준화기구)가 1978년 개발해 1984년 공식 발표했습니다. 목적은 서로 다른 제조사 장비끼리도 통신 가능하게 하는 표준을 만드는 것입니다.

핵심 특성

• 계층들은 서로 독립적이라 한 계층을 바꿔도 다른 계층에 영향이 없습니다
• OSI는 프로토콜이 아니라 네트워크를 설계·이해하는 ‘모델’입니다(시험 단골)
• 실제 네트워크 프로토콜이 7계층을 모두 사용하지는 않습니다
• 중간 노드(라우터)는 하위 3계층(물리·데이터링크·네트워크)만 사용합니다
3. 데이터 전송 과정(캡슐화)

캡슐화(송신 측, 7→1계층)
계층을 내려갈수록 헤더/트레일러가 추가됩니다.

• 응용 계층(7): 원본 데이터 생성
• 표현~전송 계층(6~4): 각 계층마다 헤더 추가
• 데이터링크 계층(2): 헤더+데이터+트레일러 구성 (트레일러는 여기서만 추가됨 - 반드시 암기)
• 물리 계층(1): 전기 신호(비트열)로 변환

역캡슐화(수신 측, 1→7계층)
계층을 올라갈수록 헤더/트레일러를 하나씩 제거하며 원본 데이터를 복원합니다.

PDU / PCI / SDU 용어

• PDU(Protocol Data Unit): 각 계층에서 다루는 전체 데이터 단위(PCI+SDU), 같은 계층끼리 주고받는 단위
• PCI(Protocol Control Information): PDU의 헤더 부분(주소, 오류검사코드 등)
• SDU(Service Data Unit): 실제 전달할 데이터, 상위 계층에서 받은 것
4. TCP/IP 모델 vs OSI 모델

TCP/IP 4계층 - OSI 7계층 대응

• 응용 계층 - 응용(7)+표현(6)+세션(5)
• 전송 계층 - 전송(4)
• 네트워크 계층 - 네트워크(3)
• 네트워크 접속 계층 - 데이터링크(2)+물리(1)
5. 물리 계층(1계층)

데이터를 전기 신호(비트)로 변환해 전송하며, 관련 장비는 LAN 카드, 케이블, 허브, 리피터입니다.

4가지 특성

• 기계적: 커넥터 모양, 핀 수, 핀 위치 정의
• 전기적: 전압, 2진수 논리적 표현 정의
• 기능적: 데이터/제어/타이밍/접지 절차 정의
• 절차적: 데이터 전송 순서, 연결 활성화/비활성화 절차 정의

접속 장치: 리피터는 약해진 신호를 복원·증폭하며 일대일 통신만 가능하고, 허브는 여러 포트로 여러 컴퓨터를 연결하며 반이중 방식을 사용합니다.

6. 데이터링크 계층(2계층)

물리적 링크를 통해 신뢰성 있는 데이터 전송을 담당하며, 데이터를 프레임 단위로 구성합니다. 주소는 최종 목적지 MAC이 아니라 다음 노드의 MAC 주소를 사용합니다.

이더넷 헤더 구조 (총 14바이트)

• 수신지 MAC(6바이트)
• 송신지 MAC(6바이트)
• 유형(2바이트, 0x0800=IPv4, 0x0806=ARP, 0x86DD=IPv6)

CSMA/CD(충돌 방지 방식) - CS→MA→CD 순서로 암기

• CS(Carrier Sense): 케이블에 신호가 흐르는지 확인
• MA(Multiple Access): 신호 없으면 전송 가능
• CD(Collision Detection): 충돌 발생 여부 확인, 충돌 시 잠시 대기 후 재전송

하위 계층

• MAC(Media Access Control): 동일 채널 공유 통신 방법 제어
• LLC(Logical Link Control): 장비 연결·유지 담당
7. 스위치(Switch)

허브 vs 스위치

• 통신 방식: 허브는 반이중, 스위치는 전이중
• 충돌: 허브는 발생(CSMA/CD 필요), 스위치는 발생 안 함
• 데이터 전송: 허브는 모든 포트로, 스위치는 목적지 포트로만
• 충돌 도메인: 허브는 넓음, 스위치는 좁음(포트별 독립)
• 계층: 허브는 1계층, 스위치는 2계층

스위치의 주요 기능

• MAC 주소 학습: 전원 켤 때 테이블이 비어있다가, 프레임 수신 시 송신지 MAC 주소를 포트와 함께 자동 등록
• 플러딩(Flooding): 수신지 MAC 주소가 테이블에 없을 때, 송신 포트를 제외한 모든 포트로 전송
• MAC 주소 필터링: 수신지 MAC 주소가 테이블에 있을 때 해당 포트로만 전송해 불필요한 트래픽과 충돌을 방지
8. Ethernet II 덤프 분석(와이어샤크)

16진수 덤프 1행은 16바이트이며, 16진수 2자리가 1바이트입니다. ASCII 표시로 GET, HTTP 등을 확인할 수 있습니다. MAC 주소는 앞 3바이트가 제조사(OUI), 뒤 3바이트가 고유번호로 총 6바이트이며, 8번째 비트가 0이면 유니캐스트, 1이면 멀티캐스트/브로드캐스트입니다.