네트워크 통신방식, 분류 및 프로토콜

네트워크 통신방식, 네트워크 분류, 그리고 네트워크 프로토콜의 기본 개념과 특징을 종합적으로 설명하는 가이드다.

네트워크 통신방식

네트워크에서 데이터를 전송하는 방식은 크게 세 가지로 구분된다.

• 유니캐스트 (Unicast)

  • 유니캐스트는 네트워크 상에서 1:1 통신을 수행하는 방식이다. 특정 대상과만 통신하기 때문에 효율적인 데이터 전송이 가능하다
    • 송신자 → 수신자(특정 1대)
  • 유니캐스트는 이메일 전송, 웹 페이지 접속, 파일 다운로드와 같은 일반적인 인터넷 통신에서 가장 흔하게 사용된다.
  • 유니캐스트는 정확한 목적지를 지정하여 통신하므로 네트워크 자원을 효율적으로 사용할 수 있다.
• 멀티캐스트 (Multicast)
  • 멀티캐스트는 1:N 통신 방식으로, 특정 다수의 대상과 통신한다. 하나의 데이터를 여러 수신자에게 동시에 전송할 수 있어 효율적이다
    • 송신자 → 수신자 그룹(특정 다수)
  • 멀티캐스트는 IPTV, 화상 회의, 온라인 게임 등 여러 사용자에게 동일한 데이터를 전송해야 하는 서비스에 적합하다.
  • 멀티캐스트는 네트워크 대역폭을 절약하면서도 다수의 사용자에게 동일한 데이터를 전송할 수 있다.

• 브로드캐스트 (Broadcast)

  • 브로드캐스트는 네트워크 상의 모든 대상과 통신하는 방식이다. 특정 네트워크 세그먼트에 연결된 모든 장치에 데이터를 전송한다
    • 송신자 → 네트워크의 모든 장치

  • 브로드캐스트는 네트워크 장치 검색, DHCP 요청, ARP 요청 등 네트워크 관리 작업에 주로 사용된다.

  • 브로드캐스트는 모든 장치에 데이터를 전송하므로 네트워크 부하가 크지만, 모든 장치에 정보를 알려야 할 때 효과적이다.

네트워크 분류

네트워크는 크기와 연결 형태에 따라 다양하게 분류할 수 있다.

크기에 따른 네트워크 분류

• LAN (Local Area Network)

  • LAN은 비교적 가까운 지역을 묶은 네트워크다. 일반적으로 건물 내부나 캠퍼스와 같은 제한된 지역에서 구성된다
    • 예시: 가정 내 네트워크, 사무실 네트워크, 학교 컴퓨터실 네트워크, 워크래프트 LAN 게임
  • LAN은 높은 데이터 전송 속도와 낮은 지연 시간이 특징이다

• WAN (Wide Area Network)

  • WAN은 멀리 떨어진 지역을 연결하는 네트워크다. 여러 LAN을 연결하여 더 넓은 지역을 커버한다
    • 예시: 인터넷, 기업의 지사 간 네트워크, 국가 간 네트워크
  • WAN은 LAN에 비해 상대적으로 낮은 데이터 전송 속도와 높은 지연 시간을 가질 수 있다

• LAN은 고속 통신이 가능한 근거리 네트워크이며, WAN은 여러 LAN을 연결하는 광역 네트워크다.

연결 형태에 따른 네트워크 분류

• Star (스타형)

  • 스타형 네트워크는 중앙 장비(예: 스위치, 공유기)에 모든 노드가 직접 연결되는 구조다

    • 중앙 장비 ↔ 노드1
              ↔ 노드2
              ↔ 노드3
              ...
      

  • 스타형은 구성이 간단하고 장애 격리가 쉽지만, 중앙 장비에 장애가 발생하면 전체 네트워크가 마비될 수 있다

• Mesh (메시형)
  • 메시형 네트워크는 여러 노드들이 서로 그물처럼 연결된 구조다. 주로 먼 거리에 있는 노드들을 연결할 때 사용된다
    • 
  • 메시형은 높은 안정성과 내결함성을 제공하지만, 구성과 관리가 복잡하고 비용이 많이 들 수 있다
• 혼합형(LAN, WAN)
  • 실제 인터넷은 여러 형태를 혼합한 구조다. LAN은 주로 스타형으로 구성되고, WAN은 메시형이나 다른 토폴로지를 혼합하여 사용한다
• 네트워크 토폴로지는 목적, 비용, 안정성 등을 고려하여 선택하며, 실제 환경에서는 여러 형태가 혼합되어 사용된다.

네트워크 프로토콜

네트워크 프로토콜은 어떤 노드가 어느 노드에게 어떤 데이터를 어떻게 보내는지 정의하는 규칙과 양식이다.

• Ethernet 프로토콜 (2계층)

  • Ethernet은 MAC 주소를 사용하여 가까운 곳과 통신할 때 사용하는 프로토콜이다
    • MAC 주소 예시: 00:1A:2B:3C:4D:5E
  • Ethernet은 LAN 환경에서 데이터 링크 계층(OSI 2계층)에서 동작하며, 물리적으로 연결된 장치 간 통신을 담당한다

• IP 관련 프로토콜 (3계층)

  • IPv4, ICMP, ARP

  • 이들은 IP 주소를 사용하여 멀리 있는 곳과 통신할 때 사용하는 프로토콜이다
    • IPv4 주소 예시: 192.168.0.1

  • IP(인터넷 프로토콜)는 주소 역할을 하며, “패킷(Packet)” 단위로 데이터를 전달한다

  • 💡 IP의 한계:

    • 비연결성: 패킷을 받을 대상이 없거나 서비스 불능 상태여도 패킷 전송

    • 비신뢰성: 패킷 손실, 중복, 순서 보장 불가

    • 프로그램 구분 불가: 같은 IP를 사용하는 서버에서 실행 중인 애플리케이션 구분 불가

  • 이러한 한계를 극복하기 위해 TCP가 등장했다

• TCP, UDP 프로토콜 (4계층)

  • TCP와 UDP는 포트 번호를 사용하여 여러 프로그램 간 통신을 구분할 때 사용하는 프로토콜이다

  • TCP (Transmission Control Protocol), UDP (User Datagram Protocol)

  • TCP는 연결 지향적이고 신뢰성 있는 데이터 전송을 보장한다
    • TCP 특징: 연결 수립(3-way handshake), 데이터 순서 보장, 오류 검출 및 복구
  • UDP는 비연결성 프로토콜로, 간단하고 빠른 데이터 전송이 가능하다
    • UDP 특징: 비연결성, 순서 보장 없음, 오류 검출만 가능(복구 없음)

  • ⚡ UDP와 IP의 차이점:

    • UDP는 포트가 있어 프로그램 구분이 가능하다.

    • UDP는 체크섬을 통해 데이터 전달 검증이 가능하다

• 네트워크 프로토콜은 계층적으로 구성되어 있으며, 각 계층은 특정 기능을 담당하여 효율적인 네트워크 통신을 가능하게 한다.

캡슐화된 패킷 구조

네트워크 통신에서 데이터는 여러 프로토콜 계층을 거치며 캡슐화된다. 각 계층마다 헤더가 추가되어 최종적으로 전송될 패킷이 형성된다

예로 [이더넷 헤더][IP 헤더][TCP/UDP 헤더][데이터]

이러한 캡슐화 구조는 각 계층이 독립적으로 동작하면서도 전체적으로 통합된 통신을 가능하게 한다.

네트워크 통신방식, 분류, 프로토콜은 현대 인터넷의 기반이 되는 핵심 개념으로, 이들의 이해는 네트워크 시스템 설계와 문제 해결에 필수적이다.