[컴퓨터 네트워킹 하향식 접근] 1. 컴퓨터와 네트워크 인터넷

이석복 님의 KOCW 강의 "컴퓨터 네트워크"를 정리한 글입니다.

* James F. Kurose님과 Keith W. Ross 님의
"컴퓨터 네트워킹 하향식 접근" 책을 교제로 한 강의입니다. (책의 내용은 포함되지 않았습니다)

1. 인터넷이란 무엇인가?

• 전 세계의 컴퓨터, 스마트폰, 서버 등이 서로 연결되어 통신할 수 있도록 만든 거대한 네트워크

 

2. 네트워크의 가장자리

• end systems (hosts)
• applications

 

Transport Protocol

항목	TCP (Transmission Control Protocol)	UDP (User Datagram Protocol)
연결 방식	연결 지향적 (Connection-oriented)	비연결형 (Connectionless)
신뢰성	신뢰성 있음 (Reliable) - 데이터 손실 시 재전송 - 순서 보장 (In-order delivery)	신뢰성 없음 (Unreliable) - 손실돼도 재전송 안 함 - 순서 보장 안 됨
전송 단위	바이트 스트림 (byte-stream)	데이터그램 (datagram)
흐름 제어	O (Flow Control 지원)	X
혼잡 제어	O (Congestion Control 지원)	X
지연 (Latency)	상대적으로 높음 (핸드셰이킹 등)	낮음 (빠른 전송 가능)
오버헤드	큼 (헤더 크고 제어 기능 많음)	작음 (단순한 헤더 구조)
사용 예시	HTTP, FTP, Telnet, SMTP, 이메일 등	VoIP, DNS, 스트리밍, 온라인 게임 등

• 흐름 제어: 전송자는 수신자가 받을 수 있는 속도로 전송
• 혼잡 제어: 네트워크 가용 능력에 맞게 전송

transport layer에서는 data integrity만 제공함

 

3. 네트워크 코어

• routers: 네트워크 간 데이터를 전송해주는 장치

 

Router 전송방식

circuit switching

• 출발지-목적지까지 경로를 특정 사용자를 위해 전용으로 사용
• ex) 무선전화망

 

packet switching

• 데이터를 패킷 단위로 나누어 전송하는 방식
  • 라우터나 스위치는 패킷을 큐에 저장하고 순서대로 포워딩
  • 전체 메시지의 순서를 보장하지는 않음

장점	설명
자원 효율성	필요할 때만 대역폭을 사용하므로 회선을 고정 점유하지 않음
병렬 전송 가능	여러 사용자/패킷이 동시에 네트워크 사용 가능
유연한 경로	패킷마다 최적 경로로 독립적으로 전송 가능
장애 대응력	중간 경로에 장애가 생기면 다른 경로로 우회 가능
비용 절감	전용 회선이 필요 없어서 통신 비용 절감 가능
확장성 우수	사용자나 트래픽 증가에도 비교적 유연하게 대응 가능

• ex) 인터넷

 

패킷

• 큰 데이터를 일정한 크기로 나눈 조각

구성 요소	설명
헤더(Header)	출발지 주소, 목적지 주소, 순서 번호, 오류 검출 정보 등이 포함됨
페이로드(Payload)	실제 전송하려는 데이터 내용 (예: 텍스트, 파일 조각 등)
트레일러(Trailer)	오류 검출을 위한 체크섬 등 (헤더에 포함되기도 함)

 

 

통신 과정

 

1. NIC에서 전자신호를 보내고(브로드캐스트 또는 유니캐스트),
2. 스위치는 MAC 주소를 기반으로 패킷을 전송하거나, 다른 네트워크로 가야 한다면 라우터에 전달하고,
3. 라우터는 IP 주소를 보고 경로를 선택하여 다음 라우터에 전달합니다.
4. 이 과정이 계속 반복되어 목적지에 도달합니다.
5. 상위 프로토콜을 따라 통신합니다.

 

 

4. 패킷 교환 네트워크에서의 지연, 손실과 처리율

지연

• 라우터에서 라우터로 패킷 전송할 때 지연 발생

지연 유형	설명
Nodal Processing Delay (노드 처리 지연)	- 비트 오류 검사 (check bit errors) - 어느 출력 링크로 나가야 하는지 결정 (routing decision)
Queueing Delay (대기 지연)	- 출력 링크에 보내기 위해 대기 중인 시간 - 들어오는 트래픽 > 나가는 속도일 때 큐에 쌓임 - 혼잡 수준(congestion level)에 따라 달라짐
Transmission Delay (전송 지연)	- 패킷의 모든 비트가 출력 링크에 올라오는 시간 - 계산: 패킷 크기 / 전송 속도 (R) - 예: 1,000비트 / 1Mbps = 1ms
Propagation Delay (전파 지연)	- 물리적인 링크를 따라 신호가 전달되는 시간 - 계산: 링크 길이 / 전파 속도 - 거리와 매체(광섬유, 구리선 등)에 따라 다름

 

손실

• 큐가 꽉 찼을 때 새로 도착한 패킷은 버려짐
• 라우터의 버퍼 오버플로우가 원인
• 손실된 패킷은 재전송이 필요할 수 있음

구분	직전 라우터가 재전송	처음 송신자가 재전송 (TCP)
동작 방식	패킷이 손실되면 가까운 라우터가 다시 전송	수신자가 손실 감지 시, 송신자(출발지) 에게 재전송 요청
사용 위치	주로 링크 계층(예: 무선 네트워크)	전송 계층 (TCP)
지연 시간	짧음 (가까운 거리라서 빠름)	상대적으로 길 수 있음
신뢰성	라우터 간 전송에 집중	전체 통신의 신뢰성 보장
예시	Wi-Fi에서 오류 재전송	TCP 연결에서 데이터 손실 감지 후 재전송

 

처리율

• 수신 측에서 초당 받는 데이터 양 (bps 단위)

 

5. 프로토콜 계층과 서비스 모델

• 컴퓨터는 Physical, Link, Network, Transport, ..., Application 계층까지 존재
• 라우터는 Physical, Link, Network 계층 까지 존재

 

6. 공격받는 네트워크

7. 컴퓨터 네트워킹과 인터넷의 역사

 

 

출처

• KOCW - 컴퓨터 네트워크 (이석복 교수님)