Ch4. 정보처리기사 — 네트워크와 통신

네트워크 개요

**네트워크(Network)**는 두 대 이상의 컴퓨터가 데이터를 교환하기 위해 연결된 시스템입니다. 인터넷은 전 세계 네트워크가 상호 연결된 거대한 네트워크입니다.

네트워크 분류 (거리 기준)

종류	범위	특징
PAN (Personal Area Network)	개인 장치 (수 미터)	블루투스, USB
LAN (Local Area Network)	건물·캠퍼스 (수 km)	이더넷, Wi-Fi
MAN (Metropolitan Area Network)	도시 단위 (수십 km)	케이블 TV망
WAN (Wide Area Network)	국가·대륙 (수천 km)	인터넷, 전용회선

네트워크 토폴로지 (Topology)

네트워크 장치들의 연결 구조입니다.

토폴로지	특징	장단점
버스(Bus)	하나의 공유 케이블	구성 단순, 충돌 발생
스타(Star)	중앙 허브/스위치에 연결	장애 격리 용이, 허브 장애 시 전체 마비
링(Ring)	원형 연결, 토큰 패싱	충돌 없음, 한 지점 장애 시 전체 영향
트리(Tree)	계층적 버스 구조	확장성 좋음, 루트 장애 시 전체 마비
메시(Mesh)	모든 노드 간 연결	최고 신뢰성, 비용 높음

OSI 7계층 모델

OSI(Open Systems Interconnection) 7계층은 국제표준화기구(ISO)가 제정한 네트워크 통신 표준 모델입니다. 서로 다른 시스템 간 통신을 위해 기능을 7개 계층으로 나누었습니다.

┌──────────────────────────────────────────┐
│ 7. 응용 계층 (Application Layer)          │  HTTP, FTP, SMTP, DNS, DHCP
├──────────────────────────────────────────┤
│ 6. 표현 계층 (Presentation Layer)         │  SSL/TLS, JPEG, MPEG, ASCII
├──────────────────────────────────────────┤
│ 5. 세션 계층 (Session Layer)              │  NetBIOS, RPC, 세션 관리
├──────────────────────────────────────────┤
│ 4. 전송 계층 (Transport Layer)            │  TCP, UDP, 포트 번호
├──────────────────────────────────────────┤
│ 3. 네트워크 계층 (Network Layer)           │  IP, ICMP, ARP, 라우터
├──────────────────────────────────────────┤
│ 2. 데이터 링크 계층 (Data Link Layer)      │  Ethernet, MAC 주소, 스위치
├──────────────────────────────────────────┤
│ 1. 물리 계층 (Physical Layer)             │  케이블, 허브, 비트(0/1)
└──────────────────────────────────────────┘

암기법: 물데네전세표응 (아래에서 위로)
또는 영어: Please Do Not Throw Sausage Pizza Away

각 계층 상세

1계층 — 물리 계층 (Physical Layer)

역할: 비트(0과 1)를 전기 신호, 광 신호로 변환하여 전송
장비: 허브(Hub), 리피터(Repeater), 케이블, 커넥터
PDU(프로토콜 데이터 단위): 비트(Bit)

2계층 — 데이터 링크 계층 (Data Link Layer)

역할: 인접 노드 간 신뢰성 있는 데이터 전송, 오류 감지·수정, MAC 주소로 주소 지정
장비: 스위치(Switch), 브리지(Bridge)
PDU: 프레임(Frame)
프로토콜: Ethernet, PPP, HDLC

3계층 — 네트워크 계층 (Network Layer)

역할: 패킷의 경로 결정(라우팅), IP 주소로 논리 주소 지정, 서로 다른 네트워크 간 통신
장비: 라우터(Router)
PDU: 패킷(Packet)
프로토콜: IP, ICMP, ARP, RARP, IGMP

4계층 — 전송 계층 (Transport Layer)

역할: 종단간(End-to-End) 통신, 데이터 분할·재조합, 오류 복구, 흐름 제어, 포트 번호로 프로세스 구분
PDU: 세그먼트(TCP) / 데이터그램(UDP)
프로토콜: TCP, UDP

5계층 — 세션 계층 (Session Layer)

역할: 응용 프로그램 간 대화(세션) 설정·유지·종료, 동기화
프로토콜: NetBIOS, RPC, PPTP

6계층 — 표현 계층 (Presentation Layer)

역할: 데이터 형식 변환(인코딩·디코딩), 암호화·복호화, 압축
프로토콜: SSL/TLS, JPEG, PNG, MPEG, ASCII, EBCDIC

7계층 — 응용 계층 (Application Layer)

역할: 사용자가 직접 사용하는 응용 서비스 제공
프로토콜: HTTP, HTTPS, FTP, SFTP, SMTP, POP3, IMAP, DNS, DHCP, SNMP, Telnet, SSH

TCP/IP 4계층

실제 인터넷에서 사용되는 프로토콜 스택입니다. OSI 7계층을 실용적으로 4계층으로 압축했습니다.

TCP/IP 4계층	역할	OSI 7계층 대응
응용 계층 (Application)	응용 서비스	7·6·5계층
전송 계층 (Transport)	종단간 통신	4계층
인터넷 계층 (Internet)	IP 주소·라우팅	3계층
네트워크 접근 계층 (Network Access)	물리 전송	2·1계층

TCP vs UDP

TCP (Transmission Control Protocol)

연결 지향형 프로토콜로, 신뢰성 있는 데이터 전송을 보장합니다.

TCP의 특징:

3-Way Handshake: 연결 설정

Client → Server: SYN
Server → Client: SYN + ACK
Client → Server: ACK

4-Way Handshake: 연결 종료

Client → Server: FIN
Server → Client: ACK
Server → Client: FIN
Client → Server: ACK

흐름 제어(Flow Control): 수신 버퍼 크기에 맞게 송신 속도 조절 (슬라이딩 윈도우)
혼잡 제어(Congestion Control): 네트워크 혼잡 시 전송 속도 감소
순서 보장: 패킷 번호(Sequence Number)로 순서대로 재조합
오류 검출 및 재전송: ACK 미수신 시 재전송

사용 예: 웹(HTTP/HTTPS), 이메일(SMTP/POP3), 파일 전송(FTP), SSH

UDP (User Datagram Protocol)

비연결형 프로토콜로, 신뢰성보다 속도를 우선합니다.

UDP의 특징:

연결 설정 없음 (핸드셰이크 없음)
순서 보장 없음
오류 복구 없음
낮은 오버헤드 → 빠른 전송

사용 예: 스트리밍(동영상·음악), 온라인 게임, VoIP, DNS, DHCP

비교 항목	TCP	UDP
연결 방식	연결 지향	비연결
신뢰성	높음 (재전송)	낮음
속도	느림	빠름
순서 보장	있음	없음
오버헤드	높음	낮음
브로드캐스트	불가	가능

주요 포트 번호

포트 번호는 전송 계층에서 특정 프로세스(서비스)를 식별하는 논리적 번호입니다.

포트 번호	프로토콜	설명
20	FTP (Data)	파일 전송 데이터
21	FTP (Control)	파일 전송 제어
22	SSH	보안 원격 접속
23	Telnet	원격 접속 (비암호화)
25	SMTP	이메일 발송
53	DNS	도메인 이름 해석
67/68	DHCP	동적 IP 할당 (서버/클라이언트)
80	HTTP	웹 통신
110	POP3	이메일 수신
143	IMAP	이메일 수신 (서버 유지)
443	HTTPS	보안 웹 통신 (TLS)
3306	MySQL	데이터베이스

암기법: FTP=20/21, SSH=22, Telnet=23, SMTP=25, DNS=53, DHCP=67/68, HTTP=80, HTTPS=443

IP 주소와 서브넷

IPv4 주소 체계

IPv4는 32비트 주소 체계로, 4개의 옥텟(8비트)을 점으로 구분합니다. 예: 192.168.1.1 = 11000000.10101000.00000001.00000001

IP 주소 클래스:

클래스	첫 옥텟 범위	기본 서브넷 마스크	용도
A	0~127	255.0.0.0 (/8)	대형 네트워크
B	128~191	255.255.0.0 (/16)	중형 네트워크
C	192~223	255.255.255.0 (/24)	소형 네트워크
D	224~239	—	멀티캐스트
E	240~255	—	연구·예약

사설(Private) IP 주소: 인터넷에 직접 연결되지 않는 내부 네트워크 전용

클래스	범위
A 클래스 사설	10.0.0.0 ~ 10.255.255.255
B 클래스 사설	172.16.0.0 ~ 172.31.255.255
C 클래스 사설	192.168.0.0 ~ 192.168.255.255

서브넷 마스크 (Subnet Mask)

네트워크 부분과 호스트 부분을 구분합니다.

CIDR 표기법 예시:

192.168.1.0/24 → 서브넷 마스크 255.255.255.0, 호스트 256개(254개 사용 가능)
192.168.1.0/25 → 서브넷 마스크 255.255.255.128, 호스트 128개(126개 사용 가능)

호스트 수 계산: 2^(32-prefix) - 2 (네트워크 주소와 브로드캐스트 주소 제외)

IPv6

IPv6는 128비트 주소 체계입니다.

표기: 2001:0db8:85a3:0000:0000:8a2e:0370:7334
IPv4 주소 고갈 문제 해결
보안(IPsec) 내장, 자동 주소 설정 지원

ARP와 RARP

ARP (Address Resolution Protocol)

IP 주소 → MAC 주소 변환 프로토콜

호스트가 ARP 요청(브로드캐스트) 전송: “192.168.1.2의 MAC 주소는?”
해당 IP를 가진 장치가 ARP 응답(유니캐스트): “내 MAC 주소는 AA:BB:CC:DD:EE:FF”
ARP 캐시에 IP-MAC 매핑 저장

RARP (Reverse ARP)

MAC 주소 → IP 주소 변환 프로토콜. 디스크가 없는 장치가 자신의 IP를 서버에 요청할 때 사용. 현재는 DHCP로 대체됨.

라우팅 알고리즘

**라우팅(Routing)**은 패킷이 목적지까지 최적 경로를 선택하는 과정입니다.

정적 라우팅 vs 동적 라우팅

구분	정적 라우팅	동적 라우팅
설정	관리자가 수동 설정	라우팅 프로토콜이 자동 갱신
트래픽	낮음	높음 (프로토콜 메시지 교환)
변화 대응	불가	자동 대응
소규모	적합	부적합

동적 라우팅 프로토콜

RIP (Routing Information Protocol)

알고리즘: 거리 벡터(Distance Vector)
메트릭: 홉 카운트(Hop Count, 최대 15홉)
갱신: 30초마다 전체 라우팅 테이블 브로드캐스트
단점: 최대 15홉 제한 (대규모 네트워크 부적합), 수렴 속도 느림

OSPF (Open Shortest Path First)

알고리즘: 링크 상태(Link State), 다익스트라(Dijkstra) 알고리즘
메트릭: 대역폭(Bandwidth) 기반 Cost
영역(Area): 네트워크를 Area로 분할하여 관리 (Area 0이 백본)
장점: 홉 제한 없음, 수렴 빠름, 대규모 네트워크 적합
AS 내부 프로토콜 (IGP)

BGP (Border Gateway Protocol)

알고리즘: 경로 벡터(Path Vector)
용도: AS(자율 시스템) 간 라우팅 (EGP)
특징: 인터넷 백본 라우팅에 사용, 정책 기반 라우팅 지원

프로토콜	알고리즘	메트릭	적용 범위
RIP	거리 벡터	홉 카운트	AS 내부 (소규모)
OSPF	링크 상태	Cost(대역폭)	AS 내부 (대규모)
BGP	경로 벡터	AS 경로	AS 간

무선 통신

Wi-Fi (IEEE 802.11)

표준	최대 속도	주파수
802.11b	11 Mbps	2.4 GHz
802.11g	54 Mbps	2.4 GHz
802.11n (Wi-Fi 4)	600 Mbps	2.4/5 GHz
802.11ac (Wi-Fi 5)	3.5 Gbps	5 GHz
802.11ax (Wi-Fi 6)	9.6 Gbps	2.4/5/6 GHz

블루투스 (Bluetooth, IEEE 802.15)

단거리(10m 내외) 무선 통신
2.4 GHz ISM 대역 사용
페어링(Pairing): 장치 간 연결 설정 과정
피코넷(Piconet): 마스터 1개 + 슬레이브 최대 7개

이동 통신 세대

세대	기술	특징
1G	AMPS	아날로그 음성
2G	GSM, CDMA	디지털 음성, SMS
3G	WCDMA, CDMA2000	모바일 인터넷 (2 Mbps)
4G (LTE)	LTE, LTE-A	고속 인터넷 (100 Mbps~1 Gbps)
5G	NR	초고속·초저지연 (20 Gbps, 1ms)

핵심 개념 카드

OSI 7계층 ★★★★★ : 물-데-네-전-세-표-응 (아래에서 위로). 장비: 물리=허브, 데이터링크=스위치, 네트워크=라우터. 암기 포인트: PDU — 비트(1)·프레임(2)·패킷(3)·세그먼트(4)

TCP vs UDP ★★★★★ : TCP=연결지향·신뢰성·순서보장·3-Way Handshake. UDP=비연결·빠름·순서없음. 암기 포인트: TCP=전화통화(연결 후 통신), UDP=편지(그냥 보냄)

주요 포트 번호 ★★★★★ : HTTP=80, HTTPS=443, FTP=21, SSH=22, DNS=53, SMTP=25, DHCP=67. 암기 포인트: 80/443은 웹, 21/22는 파일/보안, 25/53/67은 메일/DNS/DHCP

라우팅 프로토콜 ★★★★☆ : RIP(거리벡터·홉카운트·15홉제한), OSPF(링크상태·다익스트라·대규모), BGP(경로벡터·AS간). 암기 포인트: RIP=소규모, OSPF=대규모 AS내부, BGP=AS간 인터넷

IP 클래스 ★★★☆☆ : A(0~127/8), B(128~191/16), C(192~223/24). 사설IP: 10.x, 172.16~31.x, 192.168.x. 암기 포인트: A=대형, B=중형, C=소형

실전 퀴즈

Q1. OSI 7계층 중 IP 주소를 이용하여 패킷의 경로를 결정하는 계층은? ① 2계층 ② 3계층 ③ 4계층 ④ 5계층

정답: ② 네트워크 계층(3계층)은 IP 주소를 사용하여 패킷의 최적 경로(라우팅)를 결정합니다. 대표 장비는 라우터이며, IP·ICMP·ARP 프로토콜이 동작합니다. 2계층(데이터링크)은 MAC 주소, 4계층(전송)은 포트 번호를 사용합니다.

Q2. TCP에서 연결을 설정할 때 사용하는 3-Way Handshake의 순서를 쓰시오.

정답: ① SYN (클라이언트 → 서버) → ② SYN+ACK (서버 → 클라이언트) → ③ ACK (클라이언트 → 서버). SYN은 동기화(Synchronize), ACK은 확인응답(Acknowledge)의 약자입니다. 연결 해제는 4-Way Handshake (FIN→ACK→FIN→ACK)를 사용합니다.

Q3. 다음 중 RIP 라우팅 프로토콜에 대한 설명으로 옳지 않은 것은? ① 거리 벡터 알고리즘을 사용한다. ② 메트릭으로 홉 카운트를 사용한다. ③ 최대 15홉까지 지원한다. ④ 대규모 네트워크에 적합하다.

정답: ④ RIP는 최대 15홉 제한이 있어 소규모 네트워크에 적합합니다. 대규모 네트워크에는 링크 상태 알고리즘을 사용하고 홉 제한이 없는 OSPF를 사용합니다.

Q4. MAC 주소에서 IP 주소를 얻기 위한 프로토콜은?

정답: RARP(Reverse Address Resolution Protocol). ARP는 IP 주소 → MAC 주소 변환, RARP는 MAC 주소 → IP 주소 변환입니다. RARP는 현재 DHCP(Dynamic Host Configuration Protocol)로 대체되어 있습니다. DHCP는 IP 주소뿐만 아니라 서브넷 마스크, 게이트웨이, DNS 서버 주소도 자동 할당합니다.

Q5. C 클래스 IP 주소 192.168.10.0/24에서 서브넷을 /26으로 변경하면 생성되는 서브넷 수와 각 서브넷의 호스트 수는?

정답: /26은 서브넷 마스크 255.255.255.192입니다. /24에서 /26으로 2비트를 서브넷 비트로 추가했으므로 서브넷 수 = 2² = 4개, 각 서브넷의 호스트 수 = 2^(32-26) - 2 = 64 - 2 = 62개. 실제 주소 범위: 192.168.10.0/26, 192.168.10.64/26, 192.168.10.128/26, 192.168.10.192/26.

OIYO 편집부