[네트워크] 기기는 어떻게 네트워크에 연결될까?

 

노트북을 켜고 와이파이를 선택하면, 몇 초도 지나지 않아 바로 인터넷이 연결된다. 하지만 이 짧은 순간 동안 기기와 네트워크 사이에서는 꽤 많은 일이 일어난다. 이 글에서는 "기기가 처음 네트워크에 연결될 때 어떤 과정을 거치는지"를 큰 흐름 위주로 정리해보려 한다.

 

1. 네트워크는 먼저 "이 기기가 누구인지"부터 확인한다

네트워크에 연결되기 위해 가장 먼저 필요한 것은 기기를 식별하는 정보다. 이 역할을 하는 것이 바로 네트워크 카드(Network Interface Card)다. 네트워크 카드를 통해 네트워크에게 디바이스 id를 제공하고, 기기(ex. 그래픽 카드, 카메라, 휴대폰 등)와 네트워크 사이의 연결을 처리한다.

모든 컴퓨터나 스마트폰에는 네트워크 카드가 하나 이상 존재하고, 이 카드에는 MAC 주소라는 고유한 값이 부여되어 있다.
MAC 주소는 기기를 물리적으로 식별할 수 있는 주소로 주로 로컬 네트워크(LAN) 안에서 사용된다.

• MAC 주소는 기기마다 고유하다
• 일종의 네트워크용 주민번호라고 볼 수 있다

다만, MAC 주소는 개인을 식별할 수 있는 정보이기 때문에,
최근에는 보안을 위해 임의의 MAC 주소(Random MAC Address)를 사용하는 경우도 많다.

 

2. 기기는 어떻게 네트워크에 연결될까?

기기는 라우터와 먼저 연결된다

• 이더넷 케이블이나 WIFI로 홈 라우터에 연결된다.

1) 이더넷
소규모 네트워크를 구성하는 방법 중 가장 널리 사용되는 유선 연결 방법

2) 와이파이
무선 신호를 사용하는 연결 방법 .휴대폰이나 태블릿 같은 모바일 기기에서 대부분 사용한다.

 

 

어떤 방식을 쓰든, 핵심은 기기와 라우터가 서로 통신할 수 있는 상태가 되는 것이다. 하지만 여기까지는 아직 “물리적인 연결”일 뿐이다. 인터넷을 사용하려면 네트워크 안에서 사용할 주소(IP 주소)가 필요하다.

 

 

라우터에 신호를 보내 통신하기 위한 네트워크 주소 얻기

DHCP: 네트워크 주소를 요청하는 단계

 

기기가 라우터에 연결되면, 가장 먼저 하는 일은 이렇게 묻는 것이다. => "이 네트워크에서 내가 쓸 주소를 주세요."

이 역할을 담당하는 프로토콜이 DHCP(Dynamic Host Configuration Protocol)다.

 

기기는 DHCP 요청을 보내고 라우터는 DHCP(동적 호스트 구성 프로토콜) 을 통해 기기의 네트워크 카드에 네트워크 주소를 할당한다. 이 과정을 통해 기기는 비로소 네트워크의 일원이 된다.

 

DHCP를 통해 할당되는 대표적인 정보는 다음과 같다.

• IP 주소: 네트워크 안에서 기기를 구분하는 주소
• 기본 게이트웨이: 외부 네트워크(인터넷)로 나가는 출입구
• DNS 서버 주소: 도메인 이름을 IP 주소로 변환해주는 서버

 

라우터는 주소 관리자이자 출입구

IP 주소가 할당되면, 라우터는 두 가지 중요한 역할을 수행할 수 있게 된다.

1. 첫 번째는 기기에게 네트워크 주소를 공식적으로 부여하는 것이다.
   라우터는 "이 MAC 주소를 가진 기기는 이 IP를 사용한다"는 정보를 기억한다.
2. 두 번째는 표준 게이트웨이 역할이다.
   기기에서 외부로 나가는 모든 데이터는 라우터를 거쳐 인터넷으로 전달된다. 즉, 라우터는 네트워크와 인터넷 사이의 출입문 역할을 한다.

이 단계까지 오면 기기는 정상적으로 네트워크에 연결된 상태가 된다.

 

3. 인터넷에서 정보는 어떤 모습으로 전달될까?

인터넷에서 데이터는 한 덩어리로 이동하지 않는다. 대신 패킷(Packet) 이라는 작은 조각으로 나뉘어 전송된다.

패킷은 목적지 주소와 함께 이동하며, 네트워크 상황에 따라 서로 다른 경로를 지나기도 한다.
목적지에 도착한 패킷들은 다시 원래의 데이터로 조립된다.

 

패킷 구성	설명
패킷 헤더	패킷 크기와 유형, 패킷 주소를 태그
발송 정보(발송 주소)	어디로 가는지
콘텐츠	전달할 데이터

 

 

패킷은 신호로 변환되어 전달된다

패킷은 0과 1의 이진수로 구성되어, 전송 매체에 따라 다양하게 인코딩(암호화) 한다.

연결 종류	변환된 정보
구리선	전기 신호로 정보 전달
무선	라디오 주파수 형태
유리섬유를 사용한 광케이블	빛 신호

 

 

패킷 전송

• 이진수 신호는 주파수 변조(FM) 과정을 통해, 데이터는 먼 거리까지 전달될 수 있다.
  1) 송신기: 이진수를 0과 1이 나열된 신호로 변환
  2) 수신기: 전달 과정에서 전기, 라디오, 빛 신호 주파수로 바뀐 정보를 다시 0과 1로 변환