컴퓨터 네트워킹이란 무엇인가요?

네트워킹 또는 컴퓨터 네트워킹은 정보와 리소스의 전송 및 교환을 가능하게 하기 위해 2개 이상의 컴퓨팅 장치(예: 데스크톱 컴퓨터, 랩톱, 모바일 장치, 라우터, 애플리케이션)를 연결하는 것이 포함됩니다.

네트워크 디바이스는 네트워크를 통해 데이터를 전송하거나 교환하는 방법을 설명하는 규칙인 통신 프로토콜을 사용하여 물리적 또는 무선 연결을 통해 정보를 공유합니다.

컴퓨터 네트워크는 개인 커뮤니케이션 및 엔터테인먼트부터 클라우드 네이티브 비즈니스 운영 및 글로벌 인프라에 이르기까지 거의 모든 디지털 경험의 중추를 형성합니다. 확장성, 속도 및 IT 보안을 위해 설계된 오늘날의 네트워크는 온프레미스 시스템과 가상화된 클라우드 환경 모두에서 동적 데이터 흐름을 지원합니다.

현대의 네트워킹 방식이 도입되기 전에는 컴퓨터 과학 엔지니어가 기기 간에 데이터를 공유하기 위해 컴퓨터를 물리적으로 이동해야 했는데, 컴퓨터가 크고 다루기 힘들었던 시절에는 고된 작업이었습니다.

국방부는 프로세스를 단순화하기 위해(특히 공무원을 위해) 1960년대 후반에 최초로 작동하는 컴퓨터 네트워크(나중에 ARPANET으로 명명됨)를 구축하는 데 자금을 지원했습니다. 이 이정표는 인터넷뿐만 아니라 오늘날 전 세계적으로 분산된 인프라와 애플리케이션 서비스를 지원하는 클라우드 네트워킹의 토대를 마련했습니다.

그 이후로 네트워킹 관행과 이를 구동하는 컴퓨터 시스템은 엄청나게 발전했습니다. 오늘날의 컴퓨터 네트워크는 모든 비즈니스, 엔터테인먼트 및 연구 목적을 위한 대규모 장치 간 통신을 용이하게 합니다. 인터넷, 온라인 검색, 이메일, 오디오 및 비디오 공유, 온라인 상거래, 라이브 스트리밍 및 소셜 미디어는 모두 컴퓨터 네트워킹의 발전으로 인해 존재합니다.

기업 환경에서는 이러한 진전으로 인해 클라우드 인프라를 중심으로 한 보다 유연한 네트워킹 모델이 생겨났습니다. 온프레미스 인프라와 클라우드 서비스 제공업체가 제공하는 클라우드 환경 간에 애플리케이션과 데이터가 원활하게 흐르는 하이브리드 클라우드 및 멀티클라우드 네트워킹 전략에 대한 조직의 의존도가 점점 더 높아지고 있습니다. 잘 알려진 공급업체로는 AWS, Microsoft Azure, IBM® Cloud, Google Cloud Platform이 있습니다. 이러한 클라우드 우선 네트워킹 전략을 통해 기업은 물리적 하드웨어를 유지하지 않고도 동적으로 확장하고, 인프라 비용을 절감하며, 고급 서비스에 액세스할 수 있습니다.

오늘날 인공 지능(AI)과 머신 러닝(ML)은 더 스마트하고 적응력이 뛰어난 시스템을 구현하여 네트워킹을 더욱 변화시키고 있습니다. 이러한 기술은 네트워크 관리를 자동화하고, 이상 감지를 통해 보안을 강화하며, 실시간으로 트래픽 패턴을 예측하고 대응하여 성능을 최적화하는 데 도움이 됩니다.

이메일을 기본 예로 들면 데이터가 네트워크를 통해 이동하는 방식은 다음과 같습니다.

사용자가 이메일을 보내려면 먼저 이메일을 작성한 다음 '보내기' 버튼을 누릅니다. 사용자가 '보내기'를 누르면 SMTP 또는 POP3 프로토콜이 발신자의 Wi-Fi를 사용하여 노드에서 네트워크 스위치를 통해 메시지를 전달합니다. 여기서 메시지는 압축되어 점점 더 작은 세그먼트(궁극적으로 비트 또는 1과 0의 문자열로 분해)로 나뉩니다.

네트워크 게이트웨이는 비트 스트림을 수신자의 네트워크로 전송하여 필요에 따라 데이터와 통신 프로토콜을 변환합니다. 비트 스트림이 수신자의 컴퓨터에 도달하면 동일한 프로토콜이 수신자 네트워크의 네트워크 스위치를 통해 이메일 데이터를 전달합니다. 이 과정에서 네트워크는 이메일이 수신자의 받은 편지함(수신자 노드)에 사람이 읽을 수 있는 형태로 도착할 때까지 원본 메시지를 재구성합니다.

컴퓨터 네트워킹을 완전히 이해하려면 다음을 포함한 네트워킹 구성 요소와 해당 기능을 검토하는 것이 중요합니다.

• IP 주소: IP 주소는 Internet Protocol(IP) 네트워크의 모든 네트워크 장치에 할당된 고유한 번호입니다. 각 IP 주소는 디바이스의 호스트 네트워크와 네트워크에서 해당 위치를 식별합니다. 한 디바이스가 다른 디바이스로 데이터를 보낼 때 데이터에는 송신 디바이스와 수신 디바이스 모두의 IP 주소로 구성된 '헤더'가 포함됩니다.

• 노드: 노드는 데이터를 수신, 전송, 생성 또는 저장할 수 있는 네트워크 연결 지점입니다. 기본적으로 정보를 인식하고 처리하여 다른 네트워크 노드로 전송할 수 있는 모든 네트워크 디바이스(예: 컴퓨터, 프린터, 모뎀, 브리지 또는 스위치)를 말합니다. 각 노드는 네트워크에 액세스하려면 어떤 형태로든 식별(예: IP 또는 MAC 주소)이 필요합니다.

• 라우터: 라우터는 데이터 '패킷'을 네트워크 간에 전송하는 물리적 또는 가상 디바이스입니다. 라우터는 패킷 내의 데이터를 분석하여 최적의 전송 경로를 결정하고 정교한 라우팅 알고리즘을 사용하여 데이터 패킷이 의도한 목적지 노드에 도달할 때까지 전달합니다.
  

• 스위치: 스위치는 네트워크 디바이스를 연결하고 네트워크 상에서 노드 간 통신을 관리하여 데이터 패킷이 의도한 목적지에 도달하도록 합니다. 네트워크 간에 정보를 전송하는 라우터와 달리 스위치는 네트워크 내의 노드 간에 정보를 전송합니다.

  따라서 '스위칭'은 네트워크의 디바이스 간에 데이터가 전송되는 방식을 의미합니다. 네트워크는 다음과 같은 세 가지 주요 유형의 스위칭에 의존합니다.

  • 회로 스위칭은 네트워크의 노드 간에 전용 데이터 통신 경로를 설정하므로 다른 트래픽이 동일한 경로를 통과할 수 없습니다. 회로 스위칭은 모든 전송에서 전체 대역폭을 사용할 수 있도록 합니다.

  • 메시지 스위칭은 소스 노드에서 대상 노드로 전체 메시지를 전송하며, 메시지가 대상에 도달할 때까지 스위치에서 스위치로 이동합니다.

  • 패킷 스위칭은 데이터 전송에 대한 네트워크 리소스 부담을 줄이기 위해 데이터를 독립적인 구성 요소로 분해하는 작업입니다. 패킷 스위칭을 사용하면 전체 데이터 스트림 대신 패킷이 네트워크를 통해 최종 목적지까지 이동합니다.

     

• 포트: 포트는 네트워크 디바이스 간의 특정 연결을 나타내며 각 포트는 숫자로 식별됩니다. IP 주소를 호텔 주소라고 한다면, 포트는 해당 호텔 내의 스위트룸 또는 객실 번호입니다. 컴퓨터는 포트 번호를 사용하여 어떤 애플리케이션, 서비스 또는 프로세스가 특정 메시지를 받아야 하는지를 결정합니다.

• 게이트웨이: 게이트웨이는 서로 다른 두 네트워크 간의 통신을 용이하게 하는 하드웨어 디바이스입니다. 라우터, 방화벽 및 기타 게이트웨이 디바이스는 속도 변환기, 프로토콜 변환기 및 기타 기술을 사용하여 호환되지 않는 디바이스 간의 네트워크 간 통신을 용이하게 합니다.
  

기존 네트워킹 구성 요소(예: 라우터, 스위치, 포트, 게이트웨이)는 네트워크 운영의 기초로 남아 있지만 클라우드 환경은 이러한 요소가 배포되고 관리되는 방식을 변화시켰습니다.

클라우드 환경에서는 이러한 기존 구성 요소 중 상당수가 가상화되어 관리 서비스로 제공되므로 조직은 물리적 하드웨어를 유지 관리할 필요 없이 강력한 네트워크 인프라를 구축할 수 있습니다. 클라우드 제공업체는 기본 네트워킹 원칙에 의존하면서 기본 복잡성을 추상화하는 동시에 확장성, 유연성 및 글로벌 도달 범위가 향상되었습니다.

최신 네트워킹은 기존 네트워킹 기능을 확장하고 향상시키는 클라우드 네이티브 구성 요소에 점점 더 의존하고 있습니다. 구성 요소는 다음과 같습니다.

• 로드 밸런서: 로드 밸런서는 들어오는 트래픽을 여러 서버 또는 서비스에 분산합니다.

• 콘텐츠 전송 네트워크(CDN): 콘텐츠 전송 네트워크는 정적 및 동적 웹 콘텐츠를 사용자에게 더 가깝게 캐시하여 지연 시간을 줄이고 애플리케이션 성능을 개선합니다.

• 가상 프라이빗 클라우드(VPC): 가상 프라이빗 클라우드는 퍼블릭 클라우드 인프라 내에서 격리된 네트워크 환경을 제공합니다.

• API 게이트웨이: API 게이트웨이는 API를 사용하여 애플리케이션과 프로그래밍 인터페이스 간의 트래픽을 관리, 라우팅 및 보호하여 안전하고 안정적인 통신을 보장합니다.

• 미들웨어: 미들웨어는 애플리케이션, 서비스 및 데이터베이스 간의 다리 역할을 하며 분산된 환경이나 클라우드 네이티브 환경 전반에서 통신, 데이터 교환 및 통합을 촉진합니다.

• 서비스 메시: 서비스 메시는 최신 마이크로서비스 기반 애플리케이션에서 내부 서비스 간 통신을 관리하여 로드 밸런싱 , 트래픽 라우팅 및 보안과 같은 작업을 처리합니다.

일반적으로 지리적 영역이 컴퓨터 네트워크를 정의합니다. 근거리 통신망(LAN)은 정의된 물리적 공간 내에서 컴퓨터를 연결하는 반면, 광역 네트워크(WAN)는 대륙 간 컴퓨터를 연결할 수 있습니다. 그러나 네트워크는 통신에 사용하는 프로토콜, 구성 요소의 물리적 배열, 네트워크 트래픽 관리 방법, 각 환경에서 사용되는 목적에 따라 정의되기도 합니다.

가장 일반적이고 널리 사용되는 컴퓨터 네트워크 유형은 크게 세 가지 카테고리로 나뉩니다.

• 지리적 영역별 네트워크 유형

• 전송 매체별 네트워크 유형

• 통신 유형별 네트워크 유형

이 카테고리의 네트워크 유형은 네트워크가 담당하는 지리적 영역에 따라 구분됩니다.

네트워크 노드는 유선 또는 무선 링크(연결)를 사용하여 메시지를 보내고 받을 수 있습니다.

컴퓨팅 네트워크는 다음과 같은 다양한 전송 역학을 사용하여 데이터를 전송할 수 있습니다. 

컴퓨터 네트워크 아키텍처는 설계 원칙과 통신 프로토콜을 포괄하여 컴퓨터 네트워크의 이론적 프레임워크를 설정합니다.

네트워크 아키텍처의 주요 유형은 다음과 같습니다.

• 피어 투 피어(P2P) 아키텍처

• 클라이언트-서버 아키텍처

• 하이브리드 아키텍처

P2P 아키텍처에서는 두 대 이상의 컴퓨터가 '피어'로 연결되며, 이는 네트워크에서 동등한 권한과 영향력을 갖는다는 뜻입니다. P2P 네트워크에는 조정을 위한 중앙 서버가 필요하지 않습니다. 대신 네트워크의 각 컴퓨터는 클라이언트(서비스에 액세스해야 하는 컴퓨터)와 서버(클라이언트에게 서비스를 제공하는 컴퓨터)의 역할을 모두 수행합니다. 

네트워크의 모든 피어는 리소스의 일부를 다른 네트워크 디바이스에서 사용할 수 있도록 하여 네트워크 전체에서 스토리지, 메모리, 대역폭 및 처리 능력을 공유합니다.

예를 들어, 연구 집약적인 조직 내에서 팀원들은 분산형 파일 공유 시스템을 사용하여 워크스테이션 간에 직접 대규모 데이터 세트를 교환할 수 있으므로 중앙 서버가 필요하지 않습니다.

클라이언트-서버 네트워크에서는 중앙 서버(또는 서버 그룹)가 리소스를 관리하고 네트워크의 클라이언트 디바이스에 서비스를 제공합니다. 이 아키텍처의 클라이언트는 리소스를 공유하지 않고 서버를 통해서만 상호 작용합니다. 클라이언트-서버 아키텍처는 여러 계층으로 구성되어 있기 때문에 계층화된 아키텍처라고도 합니다.

예를 들어 클라이언트-서버 아키텍처를 사용하는 기업 환경에서 직원(클라이언트)은 종종 중앙 인사 시스템(서버)에 액세스할 수 있습니다. 이 서버를 통해 개인 데이터를 관리하고, 휴가 요청을 제출하며, 내부 문서를 볼 수 있습니다.

하이브리드 아키텍처는 P2P 및 클라이언트-서버 모델의 요소를 모두 통합합니다. 많은 기업이 성능 및 리소스 사용을 최적화하기 위해 중앙 집중식 서비스(예: 사용자 인증)와 피어 투 피어 기능(예: 로컬 파일 공유)을 모두 필요로 합니다.

아키텍처는 네트워크의 이론적 프레임워크를 나타내는 반면, 토폴로지는 해당 프레임워크의 실제 구현을 나타냅니다. 네트워크 토폴로지는 네트워크 상의 노드와 링크의 물리적, 논리적 배열을 설명합니다. 여기에는 모든 하드웨어(예: 라우터, 스위치, 케이블), 소프트웨어(예: 앱, 운영 체제), 전송 미디어(예: 유선, 무선 연결)가 포함됩니다.

일반적인 네트워크 토폴로지는 다음과 같습니다.

• 버스 네트워크 토폴로지

• 링 네트워크 토폴로지

• 스타 네트워크 토폴로지

• 메시 네트워크 토폴로지

버스 토폴로지에서는 모든 네트워크 노드가 주 케이블에 직접 연결됩니다.

링 토폴로지에서는 노드가 루프로 연결되므로 각 디바이스에는 정확히 두 개의 이웃이 있습니다. 인접한 쌍은 직접 연결되고, 인접하지 않은 쌍은 중개 노드를 통해 간접적으로 연결됩니다. 

스타 네트워크 토폴로지는 모든 노드가 간접적으로 연결된 단일 중앙 허브를 특징으로 합니다.

메시 토폴로지는 노드 간 연결이 겹치는 방식으로 정의되는 더 복잡한 구조입니다. 메시 네트워크에는 전체 메시와 부분 메시의 두 가지 유형이 있습니다.

전체 메시 토폴로지에서는 모든 네트워크 노드가 다른 모든 네트워크 노드에 연결되어, 가장 높은 수준의 네트워크 탄력성을 제공합니다. 부분 메시 토폴로지에서는 일부 네트워크 노드만 연결되며, 일반적으로 데이터를 가장 자주 교환하는 노드가 연결됩니다.

전체 메시 토폴로지는 실행하는 데 비용과 시간이 많이 들 수 있어 높은 중복성이 필요한 네트워크에서 자주 사용됩니다. 그러나 부분 메시는 중복성이 적지만 비용 효율적이고 실행이 더 간단합니다.

하위 유형에 관계없이 메시 네트워크에는 자체 구성 및 자체 구성 기능이 있으며, 메시 네트워크는 라우팅 프로세스를 자동화하므로 가장 빠르고 신뢰할 수 있는 데이터 경로를 찾습니다.

인터넷 프로토콜(IP) 제품군, 이더넷, 무선 LAN(WLAN) 또는 셀룰러 통신 표준 등 모든 컴퓨터 네트워크는 통신 프로토콜을 따릅니다. 이러한 프로토콜은 네트워크의 모든 노드가 데이터를 공유하기 위해 따라야 하는 일련의 규칙입니다.

네트워킹 기술에 대한 글로벌 표준을 설정하는 전기전자기술자협회(IEEE)는 이더넷(IEEE 802.3) 및 Wi-Fi(IEEE 802.11)를 포함하여 이러한 많은 프로토콜을 개발하고 관리합니다. 또한 네트워크 프로토콜은 게이트웨이를 사용하여 호환되지 않는 디바이스(예: Linux 서버에 액세스하려는 Windows 컴퓨터)가 통신할 수 있도록 합니다.

많은 최신 네트워크는 4개의 네트워크 계층을 포함하는 TCP/IP 모델에서 실행됩니다.

• 네트워크 액세스 계층: 데이터 링크 계층 또는 물리적 계층이라고도 하는 TCP/IP 네트워크의 네트워크 액세스 계층에는 네트워크 매체와의 인터페이스에 필요한 네트워크 인프라가 포함됩니다. 이 계층은 이더넷과 주소 확인 프로토콜(ARP)과 같은 프로토콜을 사용하여 동일한 네트워크에 있는 디바이스 간의 물리적 데이터 전송을 처리합니다.

• 인터넷 계층: 인터넷 계층은 논리적 주소 지정, 라우팅 및 패킷 전달을 담당합니다. 주로 IP 프로토콜과 서로 다른 네트워크에서 패킷의 주소 지정 및 라우팅을 관리하는 인터넷 제어 메시지 프로토콜(ICMP)에 의존합니다.

• 전송 계층: TCP/IP 전송 계층을 사용하면 네트워크의 상위 계층과 하위 계층 간에 데이터를 전송할 수 있습니다. TCP 및 UDP 프로토콜을 사용하여 오류 검사 및 흐름 제어를 위한 메커니즘도 제공합니다. TCP(Transmission Control Protocol)는 UDP보다 느리지만 더 안정적인 연결 기반 프로토콜입니다. UDP(User Data Protocol)는 TCP보다 빠르지만 전송을 보장하지 않는 연결 없는 프로토콜입니다 UDP 프로토콜은 시간에 민감한 애플리케이션(예: 비디오 스트리밍 및 게임 플랫폼)과 도메인 이름 시스템(DNS) 조회를 위한 패킷 전송을 용이하게 합니다.

• 애플리케이션 계층: TCP/IP의 애플리케이션 계층은 HTTP(Hypertext Transfer Protocol), FTP(File Transfer Protocol), POP3(Post Office Protocol 3), SMTP(Simple Mail Transfer Protocol), DNS, SSH(Secure Shell)와 같은 프로토콜을 사용합니다. 이러한 프로토콜은 네트워크 서비스를 애플리케이션에 직접 제공하는 데 사용됩니다. 또한 사용자 애플리케이션을 지원하는 모든 프로토콜을 관리합니다.

TCP/IP는 오늘날 대부분의 네트워크에서 사용되는 프로토콜 제품군이지만 개방형 시스템 상호 연결(OSI) 모델은 데이터가 네트워크를 통해 이동하는 방식을 7개 계층으로 정의하는 표준화된 프레임워크입니다.

각 계층에는 물리적 계층에서 케이블을 통해 원시 비트를 전송하는 것부터 최상위 계층에서 사용자 애플리케이션을 관리하는 것까지 특정 역할이 있습니다. 이러한 계층화된 접근 방식은 네트워크 엔지니어가 다양한 시스템에서 통신을 설계, 문제 해결 및 표준화하는 데 도움이 됩니다. OSI 자체는 실제로 사용되는 프로토콜 세트는 아니지만, OSI 모델은 서로 다른 네트워킹 기술이 함께 작동하는 방식을 이해하는 데 기초가 됩니다.

글로벌 기업부터 일반 사용자에 이르기까지 컴퓨터 네트워크는 전 세계의 장치, 데이터 애플리케이션 및 사용자를 연결하여 거의 모든 디지털 경험을 뒷받침합니다. 비즈니스에서는 운영을 뒷받침하여 클라우드 서비스, 실시간 협업 및 안전한 데이터 교환을 가능하게 합니다. 다음은 몇 가지 가장 일반적인 컴퓨터 네트워크 사용 사례입니다.

• 효율적인 데이터 전송

• 더 많은 데이터 저장

• 지식 공유 간소화

• 자동화된 네트워크 관리 및 위협 탐지

• 강력한 네트워크 보안

네트워킹은 이메일, 메시징, 파일 공유, 화상 통화 및 스트리밍을 포함한 모든 형태의 디지털 커뮤니케이션을 가능하게 합니다. 네트워킹은 비즈니스 커뮤니케이션을 가능하게 하는 모든 서버, 인터페이스 및 전송 매체를 연결합니다.

네트워킹이 없으면 조직은 개별 데이터 저장소에 데이터를 저장해야 하며, 이는 빅 데이터 시대에 지속 가능하지 않습니다. 컴퓨터 네트워크는 팀이 전체 네트워크에 서비스를 제공하는 중앙 집중식 데이터 저장소를 유지하여 다른 작업을 위한 귀중한 스토리지 용량을 확보할 수 있도록 도와줍니다.

일반적인 네트워크 기반 스토리지 솔루션에는 스토리지 영역 네트워크(SAN) 및 네트워크 결합 스토리지가 포함됩니다. SAN은 일반적으로 데이터베이스 및 가상화와 같은 미션 크리티컬 애플리케이션에 사용되는 고속 블록 스토리지를 제공하는 반면, NAS는 표준 네트워크를 통해 액세스할 수 있는 파일 스토리지를 제공합니다.

SAN과 NAS에 대해 자세히 보기

사용자, 네트워크 관리자, 개발자 모두 네트워킹을 통해 리소스 및 지식 공유를 간소화하는 이점을 누릴 수 있습니다. 네트워크 데이터는 더 쉽게 요청하고 가져올 수 있으므로 사용자와 클라이언트는 네트워크 디바이스에서 더 빠른 응답을 받을 수 있습니다. 네트워크로 연결된 데이터는 비즈니스 측면에서도 이점을 제공하므로 기술과 기업이 발전함에 따라 팀이 더 쉽게 협업하고 정보를 공유할 수 있습니다.

AI 및 알고리즘은 네트워크 모니터링, 트래픽 분석, 이상 징후 탐지 및 인시던트 대응, 수동 개입 감소, 전반적인 네트워크 보안 강화와 같은 복잡한 작업을 자동화하는 데 도움이 됩니다.

예를 들어, 통신, 금융 서비스 및 제조와 같은 산업의 많은 조직은 네트워크 성능, 가용성 및 보안을 지속적으로 모니터링하고 관리하기 위해 네트워크 운영 센터(NOC)에 의존합니다.

잘 구축된 네트워킹 솔루션은 복원력이 더 뛰어날 뿐만 아니라 기업에 사이버 보안 및 네트워크 보안을 위한 더 많은 옵션을 제공합니다. 대부분의 네트워크 제공업체는 중요한 데이터를 보호하고 악의적인 행위자가 네트워크에 접근하는 것을 막기 위해 내장형 암호화 프로토콜과 액세스 제어(다중 인증 등)를 제공합니다.