본 포스팅은 James Kurose, Keith Ross의 Computer Networking: A Top-Down Approach (6th Edition) 교재를 기반으로 정리한 내용입니다.

• 1. 인터넷: 구성 요소 관점 (Nuts-and-Bolts Description)
  • 1.1 호스트(Host) 또는 종단 시스템(End System)
  • 1.2 통신 링크와 패킷 스위치
  • 1.3 패킷 스위치
  • 1.4 ISP (Internet Service Provider)
  • 1.5 프로토콜과 표준
• 2. 인터넷: 서비스 관점 (Services Description)
• 3. 프로토콜이란 무엇인가
  • 3.1 인간 프로토콜과의 비유
  • 3.2 네트워크 프로토콜의 정의
• 4. 네트워크 엣지 (Network Edge)
  • 4.1 종단 시스템의 역할
  • 4.2 클라이언트-서버 모델 vs P2P 모델
• 5. 접속 네트워크 (Access Networks)
  • 5.1 가정 접속: DSL, 케이블, FTTH
    • DSL (Digital Subscriber Line)
    • 케이블 인터넷
    • FTTH (Fiber To The Home)
  • 5.2 기업 접속: 이더넷과 WiFi
  • 5.3 광역 무선 접속: 3G/4G/5G
• 6. 물리 매체 (Physical Media)
  • 6.1 유도 매체
    • 꼬임 쌍선 세부
    • 광섬유 세부
  • 6.2 비유도 매체
• 7. 정리
• 8. 확인 문제

1. 인터넷: 구성 요소 관점 (Nuts-and-Bolts Description)

인터넷은 전 세계 수십억 개의 컴퓨팅 장치를 연결하는 컴퓨터 네트워크다.

1.1 호스트(Host) 또는 종단 시스템(End System)

인터넷에 연결된 모든 장치를 호스트 또는 종단 시스템이라 부른다. 전통적인 데스크톱 PC, 서버뿐 아니라 스마트폰, 태블릿, IoT 장치 등이 모두 포함된다.

1.2 통신 링크와 패킷 스위치

종단 시스템은 통신 링크(communication link) 와 패킷 스위치(packet switch) 의 네트워크로 연결된다.

• 통신 링크: 동축 케이블, 구리선, 광섬유, 라디오 스펙트럼 등 다양한 물리 매체로 구성
• 전송률(transmission rate): 링크마다 다르며, 단위는 bps (bits per second)

데이터를 전송할 때, 송신 종단 시스템은 데이터를 세그먼트(segment) 로 나누고 각 세그먼트에 헤더(header) 를 붙여 패킷(packet) 을 만든다.

1.3 패킷 스위치

패킷 스위치는 입력 통신 링크로 도착하는 패킷을 받아 출력 통신 링크로 전달한다. 대표적인 패킷 스위치:

• 라우터(Router): 네트워크 코어에서 사용
• 링크 계층 스위치(Link-layer Switch): 접속 네트워크에서 사용

1.4 ISP (Internet Service Provider)

종단 시스템은 ISP를 통해 인터넷에 접속한다.

종단 시스템 → 접속 ISP → 지역 ISP → Tier-1 ISP → 인터넷 백본

각 ISP는 독립적으로 관리되는 패킷 스위치와 통신 링크의 네트워크다.

1.5 프로토콜과 표준

인터넷의 모든 활동은 프로토콜에 의해 제어된다. 가장 중요한 두 프로토콜:

• TCP (Transmission Control Protocol)
• IP (Internet Protocol): 라우터와 종단 시스템 사이에서 주고받는 패킷의 형식을 규정

인터넷 표준은 IETF (Internet Engineering Task Force) 에서 개발하며, 표준 문서를 RFC (Request for Comments) 라 부른다.

2. 인터넷: 서비스 관점 (Services Description)

인터넷을 애플리케이션에 서비스를 제공하는 인프라로 바라볼 수 있다.

분산 애플리케이션(이메일, 웹, 소셜 네트워크, 스트리밍 등)은 서로 데이터를 교환하는 종단 시스템에서 실행된다. 이때 인터넷은 소켓 인터페이스(socket interface) 를 제공하여 프로그램이 데이터를 다른 종단 시스템으로 전달할 수 있게 한다.

소켓 인터페이스는 송신 프로그램이 따라야 하는 일련의 규칙이다. 우편 시스템에 비유하면, 편지를 보낼 때 봉투에 넣고 주소를 쓰고 우표를 붙이고 우체통에 넣는 규칙과 같다.

3. 프로토콜이란 무엇인가

3.1 인간 프로토콜과의 비유

사람 간의 대화에도 프로토콜이 있다:

사람 A: "안녕하세요"          → 메시지 전송
사람 B: "안녕하세요"          → 응답 메시지
사람 A: "지금 몇 시인가요?"    → 요청
사람 B: "2시 30분입니다"      → 응답

3.2 네트워크 프로토콜의 정의

네트워크 프로토콜은 둘 이상의 통신 개체 간에 교환되는 메시지의 형식과 순서, 그리고 메시지의 송수신이나 다른 이벤트에 따른 행동을 정의한다.

예시: TCP 연결 수립 과정

클라이언트                    서버
   |--- TCP 연결 요청 -------->|
   |<-- TCP 연결 응답 ---------|
   |--- GET /index.html ------>|
   |<-- HTTP 응답 데이터 ------|

4. 네트워크 엣지 (Network Edge)

4.1 종단 시스템의 역할

종단 시스템은 네트워크의 가장자리에 위치하므로 엣지(edge) 라고도 부른다. 종단 시스템은 다음 두 가지 역할을 수행한다:

• 클라이언트(Client): 서비스를 요청하는 쪽 (데스크톱, 스마트폰 등)
• 서버(Server): 서비스를 제공하는 쪽 (데이터 센터에 위치)

4.2 클라이언트-서버 모델 vs P2P 모델

5. 접속 네트워크 (Access Networks)

종단 시스템을 첫 번째 라우터(edge router)에 연결하는 네트워크를 접속 네트워크라 한다.

5.1 가정 접속: DSL, 케이블, FTTH

DSL (Digital Subscriber Line)

기존 전화선을 이용한다. 전화 회사가 ISP 역할도 겸한다.

가정 ──── DSL 모뎀 ──── 전화선 ──── DSLAM ──── ISP
                                      |
                                 전화 네트워크

• 업스트림: 1~2.5 Mbps (일반적)
• 다운스트림: 10~24 Mbps (일반적)
• 비대칭(asymmetric) 전송

케이블 인터넷

HFC(Hybrid Fiber Coax) 네트워크를 사용한다. 케이블 TV 인프라를 이용한다.

가정 ──── 케이블 모뎀 ──── 동축 케이블 ──── 광섬유 노드 ──── CMTS ──── ISP

• 다운스트림: 42.8 Mbps (공유)
• 업스트림: 30.7 Mbps (공유)
• 공유 브로드캐스트 매체: 여러 사용자가 대역폭을 공유

FTTH (Fiber To The Home)

광섬유를 가정까지 직접 연결한다.

• AON (Active Optical Network): 이더넷 스위치 기반
• PON (Passive Optical Network): 스플리터 기반 (더 일반적)

5.2 기업 접속: 이더넷과 WiFi

종단 시스템 ── 이더넷 스위치 ── 기관 라우터 ── ISP
                  |
          무선 접속점(AP) ── WiFi 장치

• 이더넷: 100 Mbps ~ 10 Gbps
• WiFi (802.11): 11 Mbps ~ 수 Gbps (표준에 따라 다름)

5.3 광역 무선 접속: 3G/4G/5G

이동통신 사업자의 기지국을 통해 접속한다. 수십 km 반경 내에서 사용 가능하다.

6. 물리 매체 (Physical Media)

물리 매체는 크게 유도 매체(guided media) 와 비유도 매체(unguided media) 로 나뉜다.

6.1 유도 매체

꼬임 쌍선 세부

• UTP (Unshielded Twisted Pair): 건물 내 LAN에서 주로 사용
• 카테고리에 따라 성능 차이: Cat 5e(1 Gbps), Cat 6(10 Gbps) 등

광섬유 세부

• 전자기 간섭에 면역
• 감쇄가 매우 낮아 장거리 전송에 적합
• 해저 케이블에 사용

6.2 비유도 매체

전자기파가 자유 공간을 통해 전파된다.

• 지상파 라디오 채널: WiFi, 셀룰러
• 위성 라디오 채널: 정지 궤도 위성(GEO), 저궤도 위성(LEO)

지상파 라디오 채널 분류:
  ├── 근거리 (1~2m): Bluetooth, 개인 장치
  ├── 로컬 영역 (수십~수백m): WiFi (802.11)
  └── 광역 (수십 km): 셀룰러 (3G/4G/5G)

7. 정리

인터넷을 이해하는 두 가지 관점:

1. 구성 요소 관점: 호스트, 라우터, 링크, 프로토콜로 구성된 네트워크
2. 서비스 관점: 분산 애플리케이션에 서비스를 제공하는 인프라

핵심 개념:

• 프로토콜은 메시지의 형식, 순서, 행동을 정의한다
• 네트워크 엣지에는 종단 시스템이, 코어에는 라우터와 스위치가 위치한다
• 접속 네트워크는 종단 시스템을 네트워크 코어에 연결한다
• 물리 매체는 유도(구리, 광섬유)와 비유도(무선) 매체로 나뉜다

8. 확인 문제