[컴퓨터 네트워크 기초] 네트워크 개요

컴퓨터 네트워크의 종류, Client-Server, Peer-to-Peer, 네트워크 토폴로지

게시 2025/07/12

By 고형인

27 분읽는 시간

네트워크 개요

1. 네트워크

네트워크는 두 대 이상의 컴퓨터 또는 장치들이 연결되어 서로 정보를 주고 받을 수 있는 시스템을 말한다
즉, 정보를 전달하거나 공유하기 위해 만들어진 통신 구조이다

노드

노드는 네트워크에 연결된 장치이며 데이터를 송수신하고 처리한다
네트워크에서 여러 장치들은 노드 간의 연결을 통해서 데이터를 주고 받는다

대표적으로 PC(단말노드)와 라우터가 있다

두 노드는 링크(회선)으로 연결된다

프로토콜

컴퓨터 네트워크는 데이터를 주고받을 수 있는 통로라고 할 수 있고 그 통로에는 프로토콜이라는 규칙이 있다
컴퓨터나 네트워크 장치들이 통신할 때 따르는 규칙과 절차의 집합으로 네트워크 장치들이 서로 통신하기 위해서는 공통된 규칙이 필요하다
데이터 형식, 통신 방식 등을 규정하고 정의한다

패킷

패킷은 네트워크를 통해 데이터를 주고받을 때 사용되는 데이터의 기본 전송 단위이다

데이터를 일정한 크기로 나눈 덩어리라고 볼 수 있는데 네트워크 혼잡을 줄이고 데이터 손실을 막기 위해 데이터를 통째로 한번에 전송하지 않고 패킷 단위로 나누어 전송한다
패킷의 크기는 옥탯(8bits, 1byte)으로 나타내고 주로 128 옥탯 패킷이 사용된다

이렇게 패킷을 나누어 전송하는 방식을 패킷 교환 방식이라고 한다
각 패킷은 네트워크 상에서 독립적으로 이동하여 목적지에 도착하고, 목적지에 도착한 패킷들은 다시 조립되어 원래의 데이터로 복원된다

패킷 교환 방식

대표적으로 인터넷, VoIP, 파일 전송에 사용되는 방식이다

네트워크가 버퍼 기능을 수행하여 처리 속도가 달라도 데이터를 전송할 수 있다
노드 간 회선을 다수의 패킷이 공유하여 효율이 높고 특정 경로에 문제가 생기면 다른 경로로 데이터를 전달할 수 있다
전송 도중 패킷이 손실될 경우 손실된 패킷만 재전송하여 네트워크 대역폭을 효율적으로 사용할 수 있다
네트워크가 자원을 동적으로 할당하여 전용 회선 방식에 비해 네트워크 사용 비용이 저렴하다
패킷 별로 우선순위 설정이 가능해 패킷 전송 순서를 결정할 수 있다
과부하로 전송 지연이 발생해도 패킷 송신이 가능하다

패킷 교환 방식에는 데이터그램 방식(Datagram)과 가상 회선 방식(Virtual Circuit)이 있다

데이터그램 방식
- 각 패킷이 독립적인 경로로 전송되고 목적지에서 조립되어 데이터를 복원한다
- 대표적으로 IP네트워크가 있고 각 패킷이 독립적으로 라우팅되어 중간 경로가 다를 수 있다
- 패킷 순서가 보장되지 않기 때문에 수신 측에서 패킷을 재정렬하는 과정이 필요하다
가상 회선 방식
- 데이터를 전송하기 전 가상 회선을 설정하고 모든 패킷은 설정된 경로를 따라 이동한다
- 전송 순서가 보장되고 모든 패킷이 같은 경로로 이동하기 때문에 데이터 순서를 유지할 수 있다
- 대표적으로 X.25와 프레임 릴레이가 있다

패킷은 기본적으로 헤더, 페이로드, 순환 중복 검사로 구성된다
헤더는 패킷의 시작 부분에 위치하며 송수신지, 패킷 번호, 플래그, 패킷 길이 등 패킷의 정보를 포함한다
페이로드에는 전송되는 실제 데이터가 분할되어 들어간다
오류가 있는지 검사할 수 있도록 추가 데이터를 보내는데 이를 통해 오류를 검출할 수 있다

2. 데이터 전송 방식

크게 3가지로 나눌 수 있다

단방향 통신 (Simplex): 일방적인 통신만 가능한 전송 방식
반이중 통신 (Half Duplex): 양방향 전송이 가능하지만 하나의 회선을 사용하여 동시 전송은 불가능한 전송 방식
전이중 통신 (Full Duplex): 필요한 데이터를 동시에 송수신할 수 있는 전송 방식

3. 거리 기반 네트워크

PAN

개인 통신망(Personal Area Network)
아주 인접한 지역의 통신으로 개인 장치 간의 통신에 사용되거나 하나의 마스터 장치가 게이트웨이 역할을 하는 상위 수준 네트워크 및 인터넷에 연결하는 데 사용된다

대표적으로 유선 네트워크의 경우 USB 등이 있다
무선 네트워크로는 블루투스, UWB, ZigBase 등이 있다
(무선 연결 시 WPAN(Wireless Personal Area Network)라고도 한다)

LAN

근거리 통신망(Local Area Network)
가까운 지역을 하나로 묶은 네트워크이다
주로 이더넷(Ethernet), Wi-Fi와 무선 랜(Wireless LAN, WLAN)에 사용된다

이더넷 (Ethernet)

LAN을 구축하기 위해 사용되는 방식 중 가장 많이 사용되는 방식이다
각 물리적 링크를 유일한 48비트 고정된 MAC 주소를 사용하는 포트와 연결하는 버스형 접속 형태의 구조이다

매체의 종류, 배선 방식, 전송 지원 속도에 따라 구분된다

이더넷
- 가장 초기 버전으로 10Mbps 속도를 제공한다
- 공유기나 스위치가 없는 버스형 구조로 여러 노드들을 공유 케이블로 연결한다
- 동축 케이블에 연결된 컴퓨터를 서로 접속시키는 CSMA/CD 방식으로 반송파를 감지해 다중 접속 및 충돌을 감지하고 대기하며 재전송한다
고속 이더넷
- 100Mbps 속도를 제공한다
- 스타형 구조로 대부분 UTP 케이블을 사용한다
기가비트 이더넷
- 1Gbps 이상의 속도를 제공한다
- 서버, 데이터 센터 등에서 주로 사용한다
FDDI
- LAN의 고속 컴퓨터 연결이나 백본 네트워크를 구성할 때 사용된다
- 링형 접속 형태로 이중 링 구조를 사용하여 한쪽 링이 고장나도 다른 링으로 통신이 가능하다
토큰링
- 토큰을 획득한 노드에만 데이터를 전송한다
- 스위치 이더넷 개발 이후 급격히 쇠퇴 이더넷, 토큰링, FDDI 전부 2계층(데이터링크)의 프로토콜이다

무선 랜(WLAN)

유선 LAN에 비해 속도는 느리지만 물리적인 선이 없어 단말기 이동이 자유롭다 무선 랜의 기본 단위는 BSS(Basic Service Set)로 무선 랜에서 통신이 이루어지는 가장 기본적인 단위의 네트워크 집합이다

애드훅 모드와 하부 구조 모드로 분류된다

애드훅 모드(Ad-Hoc Mode): 단일 BSS만으로 된 네트워크로, 컴퓨터에 무선 랜 카드를 장착하여 연결하는 일대일 통신 방식
하부 구조 모드(Infrastructure Mode): BSS 사이를 연결하기 위해 무선 공유기와 같은 중심 장치인 AP(Access Point)를 사용하는 방식

이더넷에서 사용되는 CSMA/CD는 무선 랜에서 발생하는 문제를 해결할 수 없어 새로운 액세스 프로토콜 CSMA/CA가 만들어졌다

광역 전송 매체로 고속 통신이 가능하고 많은 사용자가 단일 매체로 지연 없이 데이터를 주고 받을 수 있다
가까운 지역에서 통신하기에 전송 지연 시간이 짧고 확장하기도 쉽다

OSI 7게층 중 1계층(물리)과 2계층(데이터링크)에 해당한다

Star, Bus, Ring, Mesh형 등 다양한 방식으로 구성된다
주로 단일 기관 소유의 네트워크 또는 Peer-to-Peer 형태이다

케이블 전송 방식

LAN에서 케이블을 이용해 데이터를 전송하는 방식은 두 가지로 분류할 수 있다

베이스밴드 방식(Baseband)
- 디지털 신호를 변조하지 않고 데이터를 직접 전송한다
- 하나의 케이블에 단일 통신 채널을 형성한다
- 하나의 채널을 사용하기에 시간을 분할해서 채널 전송 권한을 부여하는 다중화 방식을 사용한다
브로드밴드 방식(Broadband)
- 부호화된 데이터를 아날로그 신호로 변조하고 제한된 주파수만 전송 매체에 전송한다
- 하나의 케이블에 다수의 통신 채널을 형성하여 데이터를 동시에 전송한다
- 아날로그 신호로 변환하기 위해 모뎀이 필요하고 비용이 높지만 전송 거리를 크게 늘릴 수 있다
- 주파수를 여러 대역으로 나눠 각각 다른 데이터를 전송하는 토큰버스 방식을 사용한다

매체 접근 제어 방식
LAN에서는 하나의 통신 회선을 공유하기 때문에 데이터 충돌을 방지하기 위해 전송 매체의 접속을 제어해야 한다
경쟁 방식: 언제나 매체에 접근 가능하다
토큰 제어 방식: 토큰을 사용하여 정해진 순서나 시간에 따라 매체에 접근 가능하다

MAN

도시권 통신망(Metropolitan Area Network) 위성도시 등을 연결한 네트워크이다
LAN보다 장거리이고 고속이며 음성과 데이터 모두 전송 가능하다
LAN 사이를 이어주는 백본(Backbone Network)를 의미하기도 한다

광케이블, 동축 케이블을 통한 전송, DQDB 프로토콜 등이 있다

DQDB(Distributed Queue Dual Bus)
IEEE 803.6 표준 MAN 프로토콜로 이중 버스 형태에 분산 큐를 더한 큐잉 방식을 통한 전송 방식

WAN

원거리 통신망(Wide Area Network)
국가 또는 대륙처럼 넓은 지역을 연결하는 네트워크다 (Mesh형)
장거리 통신이 가능하지만 구축 비용이 많이 들고 LAN보다 속도가 느리다

다양한 경로를 경유하기 때문에 LAN보다 속도가 느리고 전송 오류율도 높은 편이다
때문에 목적지를 결정하는 경로 탐색 알고리즘이 중요하다

교환 통신망

교환 통신망은 통신망 노드의 전송 기능을 이용하여 데이터의 수신 측으로 전송하는 통신망이다
상호 연결된 노드의 모임으로, 노드들을 경유해 목적지로 데이터가 전송된다

데이터를 전송할 때 한 링크에서 다른 링크로 데이터를 교환하는 방법에 따라 세 가지로 분류한다

회선 교환(Circuit Switching)
- 데이터를 전송하기 전 하나의 물리적 경로를 설정하고 통신을 종료할 때까지 그 경로를 독점한다
- 회선을 전용선처럼 사용해 많은 데이터를 안정적으로 전송할 수 있다
- 사용자에게 고정적인 전송률로 정보를 전송할 수 있고 교환 노드에서 처리 지연이 거의 없어 실시간 미디어 전송에 적합하다
- 오류 제어 기능이 없어 무손실 전송이 필요할 때에는 부적합하다
- 데이터를 전송하지 않아도 회선을 독접하여 비효율적이다
메세지 교환(Message Switching)
- 가변 길이의 메세지 단위로 저장/전송 방식에 따라 데이터를 교환한다
  - 저장/전송 방식은 수신한 메세지를 우선 저장하고 다음 노드로 가는 링크가 비면 전송하는 축적 전송 방식이다
- 송수신측 간에 데이터를 전송하는 전용 통신로가 필요 없다
- 메세지의 지연이 길고 가변적이나 전송 지연이 문제되지 않는 이메일이나 파일 전송에 적합하다
패킷 교환(Packet Switching)
- 데이터가 각 고유 번호를 가진 패킷으로 나뉘고 수신지에서 원래 데이터로 재결합된다
- 모든 데이터를 패킷으로 구성한다
- (글 상단에서 추가 설명)

대표적으로 인터넷이 있다

전용 회선 방식과 교환 회선 방식이 있다
전용 회선 방식
전용 통신 선로로 연결하여 데이터를 교환한다
회선을 제공하는 통신사업자가 계약을 체결한 송수신 사용자끼리만 사용할 수 있다
교환 회선 방식
공중망을 이용해 전송한다
전용 회선 방식에 비해 저렴하다
다수의 사용자가 선로를 공유하여 데이터 전송 속도가 상대적으로 느리다

4. 네트워크 유형

Client-Server

컴퓨터와 컴퓨터가 통신하는 구조로, 클라이언트가 요청하면 서버가 응답하는 방식이다
대부붑의 웹사이트가 사용하는 방식이며 클라이언트와 서버는 N:1 구조로 연결된다

구성 요소

클라이언트
서버에 서비스를 요청하는 시스템이다
예를 들어 PC, 스마트폰 등이 있다

서버
클라이언트에게 서비스를 제공하는 시스템으로 데이터베이스, 웹 서버, DNS 등이 있다

네트워킹 장치
클라이언트와 서버를 연결한다
스위치, 라우터, 게이트웨이, 모뎀 등이 있다

클라이언트는 서버 연결을 위해 LAN 또는 WAN을 사용한다

중앙화된 컴퓨팅 방식을 사용하여 한번에 많은 클라이언트가 요청을 하면 서버에 마비될 수 있다
서버가 모든 접근과 데이터를 관리하여 보안상 우수하고 프로토콜이 플랫폼에 구애받지 않기 때문에 클라이언트의 운영체제가 자유롭다

Peer-to-Peer

서버를 사용하지 않고 정해진 클라이언트끼리 모든 컴퓨터가 서로 데이터를 주고받을 수 있는 구조이다
각 컴퓨터를 노드 또는 피어(Peer)라고 부르며 사실상 모든 피어가 서버의 역할을 한다고 볼 수 있다
모든 컴퓨터가 요청자이자 응답자이다

네트워크를 구축하기 위한 하드웨어가 많지 않지만 검증되지 않은 사용자와의 통신 과정에서 안전을 담보할 수 없고 조직적으로 데이터를 유지하거나 관리하기 쉽지 않다

5. 네트워크 통신 방식

네트워크는 크게 세 가지 방식으로 데이터를 주고 받는다

유니캐스트 (Unicast)
- 특정 대상과 1:1 통신
- 수신지, 발신지의 MAC 주소를 포함하여 데이터를 전송한다
- 정확한 MAC/IP 주소 관리가 중요하다
멀티캐스트 (Multicast)
- 특정 다수와 1:N 통신
- 멀티캐스트 주소의 정확한 할당과 관리가 중요하다
브로드캐스트 (Broadcast)
- 모든 대상과 통신
- 브로드캐스트용 주소가 미리 정해져있다

6. 네트워크 토폴로지 (star, bus, mesh 등)

네트워크를 물리적으로 연결된 형태에 따라 분류할 수 있다
링크와 노드로 이루어져있다

Tree(계층형)

네트워크 관리가 쉽고 새로운 노드를 추가하기 쉽다
네트워크에 신뢰도가 높다
트래픽 집중에 따른 병목 현상이 발생하기 쉽다
상위 노드에 문제가 생기면 상위 네트워크와 통신이 불가능하다

Bus(버스형)

설치 비용이 적고 신뢰도가 우수한 편이다
간단한 구조로 새로운 노드를 추가하기 쉽다
병목현상이 발생하기 쉽고 버스에 문제가 생기면 전체 네트워크가 마비된다
회선의 두 종단에 위치한 터미네이터(Terminator)가 신호의 반사를 차단한다
대역폭을 공유하기 떄문에 노드 수가 증가할수록 네트워크 성능이 저하된다

Star(성형)

중앙 장비에 모든 노드가 연결된 형태여서 노드를 추가하기 쉽다
중앙 시스템에 의존하기 때문에 높은 보안 수준이 요구된다
고속 네트워크에 적합하다
개별 링크에 문제가 생겨도 네트워크에 영향이 없지만 중앙 노드에 문제가 생기면 전체 네트워크가 마비된다
노드가 많아질수록 네트워크가 복잡해진다
중앙 시스템을 제외한 모든 노드가 서로 접촉하지 않아 다른 노드에서 데이터가 발생했는지 알 수 없다

Ring(고리형)

하나의 노드는 다른 두 개의 노드와 연결된다
고리형이기 때문에 데이터를 전송하고 목적지에 도착하지 않으면 회로를 한 바퀴 돌아 자신에게 돌아온다
- 목적지에 도착하였는지 판단하는 플래그가 필요하다
저렵하게 네트워크를 구성할 수 있고 충돌 현상이 발생하지 않지만 속도가 느리다
네트워크의 구성을 변경하기 쉽지 않고 링크에 문제가 생기면 전체 네트워크가 마비된다
- 순환형이지만 방향성을 가지기 때문에 중간 노드가 죽으면 데이터 전송이 막힌다
- Dual Ring 또는 우회 스위치로 보완할 수 있다
Token Passing 기법을 사용하여 패킷의 충돌을 방지한다
Token: 회선이 사용 중이 아니라는 제어 신호
모든 노드가 같은 권한을 가진다

Mesh(망형)

완벽하게 이중화되어 있어 하나의 링크에 문제가 생겨도 다른 링크로 통신이 가능하다
구축과 운영 비용이 매우 높다
여러 노드들이 서로 그물처럼 연결되어 있다
WAN에서 많이 사용되고 LAN 연결이나 백본망 구성 시에도 사용된다
노드가 하나라도 살아있으면 전체 네트워크가 작동한다

혼합형

실제 인터넷은 여러 형태를 혼합한 형태이다

CS, Network

network