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)

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 시스템**이라 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 **ISP**를 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 **프로토콜**에 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 인프라**로 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 **행동**을 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

| 구분 | 클라이언트-서버 | P2P |

| ------ | --------------- | ---------------------------- |

| 서버 | 항상 동작 | 없음 (피어가 서버 역할 겸임) |

| 확장성 | 서버 증설 필요 | 피어 증가 시 자동 확장 |

| 예시 | 웹, 이메일 | BitTorrent, Skype |

5. 접속 네트워크 (Access Networks)

종단 시스템을 첫 번째 라우터(edge router)에 연결하는 네트워크를 **접속 네트워크**라 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

| 매체 | 특징 | 전송률 |

| -------------------------- | --------------------------- | ----------------- |

| 꼬임 쌍선(Twisted Pair) | 가장 저렴, 전화선에 사용 | 10 Mbps ~ 10 Gbps |

| 동축 케이블(Coaxial Cable) | 케이블 TV에 사용, 공유 매체 | 수백 Mbps |

| 광섬유(Fiber Optic) | 빛 펄스 사용, 간섭 없음 | 수십 Gbps 이상 |

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

차이가 없다. 호스트와 종단 시스템은 같은 의미다. 종단 시스템을 호스트라 부르는 이유는 웹 서버, 이메일 서버 등의 애플리케이션 프로그램을 **호스트(host, 주최)** 하기 때문이다.

- **라우터**: 네트워크 코어에서 사용되며, 패킷의 목적지 주소를 보고 포워딩

- **링크 계층 스위치**: 접속 네트워크에서 사용되며, 링크 계층 주소(MAC)를 기반으로 포워딩

- **DSL**: 전화선을 이용, 각 가정에 전용 회선 할당 (비공유)

- **케이블**: HFC 네트워크를 이용, 여러 가정이 대역폭을 공유

케이블은 공유 매체이므로 동시에 많은 사용자가 접속하면 속도가 저하될 수 있다.