How Does the Internet Work? 인터넷의 정의와 동작원리 스터디

 

현재를 사는 사람이라면, 누구나 인터넷이라는 용어를 들어보았을 것이다. 또한 많이 사용 해봤을 것이다. 지금은 많이 쓰지 않지만, 마이크로소프트사의 브라우저 중 Internet Explorer가 있을 정도였으니 말이다. IT 전공자가 아니라면 인터넷을 우리가 자주 사용하는 웹 자체라고 이해할 수도 있을 것이다. 하지만, 실제 인터넷의 의미는 웹과는 다르다. 오늘은 인터넷이 정확히 무엇인지, 그리고 인터넷이 어떻게 동작하는지에 대해 알아보고자 한다.

 

스터디에 참고한 주요 자료는 MDN Web Docs의 'How Does the Internet Work?'이다. 해당 자료는 과거 작성된 자료로 현재의 실정과는 약간 다른 부분이 있을 수 있다. 하지만 해당 자료를 토대로 스터디 후 현재는 어떻게 다른지에 대해 뒤에 첨부했으니 참고하길 바란다. 

 

목표
인터넷이란 무엇인지, 인터넷의 동작 원리를 알아본다. 

 

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1. 인터넷이란

 

간단히 말해서 인터넷이란 컴퓨터와 컴퓨터를 연결하는 커다란 네트워크이다. 좀 더 정확히 설명하면 전 세계의 컴퓨터와 네트워크 장비들이 서로 연결된 커다란 네트워크이다. 단순히, 컴퓨터와 컴퓨터가 연결된 구조가 아니라, 수많은 네트워크와 프로토콜을 통해 데이터를 주고 받을 수 있는 복잡한 구조로 이루어져 있다. 하지만 이해를 쉽게 하기 위해 아래에서는 가장 단순한 가정에서 시작한다. 

 

단 2대의 컴퓨터가 세계에 존재한다고 가정하다. 이 두 대의 컴퓨터는 케이블(전선)을 통해 데이터를 주고 받을 수 있다. 

 

 

 

 

 

그림과 같이 실제 케이블로 연결할 수도 있고, 무선으로 통신할 수도 있을 것이다. 하지만 연결되는 기기가 많아질수록 필요로하는 케이블 수도 기하학적으로 늘어날 것이다. 

 

 

 

 

이러한 문제를 해결하기 위해 도입한 것이 '라우터'라는 네트워크 장비이다. 라우터와 같이 앞으로 등장하는 장비들에 대한 내용은 설명이 끝난 후 별도 정리 예정이다. 우선은 '라우터'라는 장비가 있구나 하는 정도로 넘어가주길 바란다. 

 

 

 

라우터는 위의 그림과 같이 하나의 라우팅 장비에 여러 대의 컴퓨터가 연결되어 있다. 라우터의 역할은 출발지 컴퓨터에서 보낸 메시지가 도착지 컴퓨터에 잘 도착했는지 확인하는 것이다. 만약 컴퓨터 A가 컴퓨터 B로 데이터를 보내려고 한다. 라우터가 없을 때에는 컴퓨터 A가 컴퓨터 B로 직접 요청을 보냈겠지만, 라우터가 존재한다면 B컴퓨터와 연결된 해당 라우터로 요청을 보낸다. 요청을 받은 라우터가 컴퓨터 B로 요청을 보내는 것이다.

하지만 라우터 한 대로는 연결할 수 있는 장비수가 제한될 것이다. 너무 많이 연결하면 그 자체로 통신 속도가 느려지기 때문이다. 따라서 수백, 수천, 수십억의 컴퓨터를 연결하기 위해 이 라우터를 확장하는 방법이 있다.

 

 

컴퓨터는 라우터에 연결되고, 라우터는 또 다른 라우터와 연결해 무한히 확장할 수 있다. 

 

 

이렇게 되면 어느정도 컴퓨터들 간 통신할 수 있는 인터넷 망이 구축될 것이다. 하지만 이것도 근거리 내에서만 유효할 것이다. 우리나라와 멀리 떨어진 미국과 연결되기 위해서는 산도 넘고, 바다도 넘어야 한다. 이 때에는 어떻게 연결할 것인가?

 

하지만 생각해보면, 인터넷 이전에 미국과 한국 사이에 통신할 수 있는 또 다른 수단이 존재했다. 바로 전화이다. 1878년, 미국 지역 내 첫 전화 교환국이 개설되었고, 1915년에 첫 대륙간 전화통화가 연결되었다. 반면, 인터넷망은 1969년 미국 주도 하에 시작되었고, 1980년대부터 본격적인 인터넷망이 발전하기 시작했다. 

 

초기 인터넷은 기존에 깔려있던 전화망을 이용해 먼 곳까지 통신할 수 있도록 구성하였다. 

 

 

기존에 깔린 전화망을 이용하기 위해 필요한 것은 '모뎀'이다. 모뎀이란 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환하여 전화선을 통해 전송할 수 있도록 하는 장비이다. 디지털 신호의 컴퓨터의 요청 데이터를 아날로그 신호로 변화해 전화선을 통해 전송하는 것이다. 또한, 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하기도 한다. 

 

 

전화 시설에 연결된 네트워크는 저 멀리 떤어진 또 다른 네트워크과 연결하기 위해 ISP와 연결한다. ISP란, 인터넷 서비스 제공 업체로 우리나라에서 예를 들면, 3대 통신사를 들 수 있다. 

 

이렇게 인터넷은 단순하게 보면, 컴퓨터 간 통신을 위해 연결된 기술적 인프라를 의미한다. 컴퓨터와 컴퓨터를 연결하기 위해 다양한 네트워크 장비가 필요한데, 대표적인 것이 라우터, 모뎀 등이다. 인터넷 동작원리를 더 잘 이해하기 위한 영상이다. 아래 영상을 한 번 보고 다시 이 글을 본다면, 더 이해하기 쉬울 것이다. 

 

https://www.youtube.com/watch?v=x3c1ih2NJEg

 

 

지금부터는 인터넷을 구성하기 위한 장비에 대해 간략히 소개한다. 아래 내용은 현재의 글 수준에서 이해 가능할 정도로 포괄적인 내용을 담고 있다. 따라서 좀 더 상세한 내용을 보기 위해서는 별도의 자료 조사나 아래 참고자료를 참고하길 바란다. 

 

1) 라우터(Router)

라우터는 두 개 이상의 네트워크를 연결하고, 데이터를 올바른 목적지로 전달하는 역할을 하는 장비이다. 단순히 데이터를 보내는 것 뿐만 아니라 아래와 같은 다른 중요한 기능도 수행한다.

• 패킷 라우팅: 데이터 패킷이 최적의 경로를 통해 목적지에 도달할 수 있도록 경로를 선택하는 기능
• NAT(Network Address Translation): 내부 네트워크의 사설 IP주소를 공인 IP주소로 변환하여 인터넷에 연결할 수 있도록 하는 기능
• 방화벽(Firewall): 외부로부터의 비정상적인 접근을 차단하여 내부 네트워크를 보호하는 기능
• DHCP(Dynamic Host Configuration Protocol): 네트워크에 연결된 장치에 IP주소를 자동으로 할당하는 기능

2) 모뎀(Modem)

모뎀은 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환하거나, 반대로 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 장비이다. 초기 인터넷 연결에서는 전화선을 통해 데이터를 주고받았기 때문에 모뎀이 필수적이었으나, 현대의 FTTH 방식에서는 모뎀이 필요 없는 경우가 많다.

• DSL, VDSL: 전호선을 통한 인터넷 연결 (모뎀 필요)
• DOCSIS (케이블 모뎀): 동축 케이블을 통한 인터넷 연결 (모뎀 필요)
• FTTH (Fiber to the Home): 광섬유를 통한 초고속 인터넷 연결 (모뎀 불필요)
• 5G/LTE 모뎀: 이동통신 네트워크를 통한 인터넷 연결 (모뎀 필요)

📌 모뎀과 라우터의 차이점

• 모뎀: ISP와 사용자의 집이나 사무실을 연결하여 인터넷을 사용할 수 있게 하는 장비 (디지털-아날로그 변환)
• 라우터: 모뎀에서 받은 인터넷 신호를 여러 장치에 분배하고, 내부 네트워크를 관리하는 장비(패킷 라우팅, NAT, 방화벽)
• FTTH 환경에서는 대부분 모뎀이 필요하지 않으며, 라우터만으로 인터넷 연결 가능

3) ISP(Internet Service Providor)

일반 사용자나 기업체, 기관, 단체 등이 인터넷에 접속하여 인터넷을 이용할 수 있도록 해 주는 사업자이다. 통신사는 단순히 인터넷 연결을 제공하는 것뿐만 아니라 네트워크 트래픽 관리, 보안, IP 주소 할당 등의 중요한 역할을 수행한다.

• 예시: KT, SK브로드밴드, LG U+, Verizon, AT&T 등

 

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MDN의 독스 내용을 해석한 인터넷 동작 원리를 설명해보았다. 그럼 이제 현실로 돌아와보자. 현실에서는 어떻게 인터넷일 연결되는 것일까? 

 

🏷️ 신축 아파트로 이사를 간 나는 인터넷 기사를 불러 인터넷을 연결했다. 어떤 원리로 연결되는 것일까?

아파트의 인터넷 설치는 크게 인터넷 회선 공급, 단자함, 각 세대 연결로 구성된다. 통신사에서 제공하는 인터넷 회선은 단자함으로 들어와 각 세대로 분배되고, 세대에서는 단자함을 통해 인터넷을 연결하고 사용할 수 있다. 

 

1. 인터넷 회선 공급
   • 통신사에서 제공하는 인터넷 회선이 건물 내부에 들어온다.
   • 이 회서은 일반적으로 광섬유 또는 동축 케이블을 사용하며, 아파트 건물 관리소 또는 통신사에서 관리한다.
2. 단자함
   • 아파트 세대 내에 설치된 단자함은 인터넷 회선을 각 세대로 분배하는 역할을 한다.
   • 단자함에는 인터넷 회선이 들어오는 WAN 포트와 각 방으로 나가는 LAN 포트가 있다.
3. 세대 내 인터넷 연결
   • 각 방에 랜 포트가 있다면, 이 랜 포트에 랜 케이블을 연결하여 인터넷을 사용할 수 있다.
   • 무선 인터넷을 이용하려면 공유기나 스위칭 허브를 통해 와이파이 신호를 발사하고, 각 방에서 와이파이 장치를 사용하여 인터넷에 접속할 수 있다.

설치 업체나 상황에 따라 다르겠지만, 우리 집에는 거실에 무선 공유기가 있어 해당 공유기에 와이파이를 연결해 인터넷을 사용하고 있다. 무선 라우터(무선 공유기)는 거실에 존재하는 랜포트에 연결된다.

• 무선 라우터 (무선 공유기)
  • 라우팅(Routing)
    • LAN과 WAN을 연결하여 서로 다른 네트워크 간의 데이터 패킷을 전달하는 역할을 한다.
    • IP 주소 할당(DHCP), 네트워크 주소 변환(NAT), 포트 포워딩을 포함한다.
  • 무선 네트워크 제공 (Wi-Fi)
    • 유선 인터넷 신호를 무선으로 변환하여 Wi-Fi 신호를 생성한다.
    • 2.4GHz와 5GHz 대역으로 데이터를 전송한다.
  • 방화벽
    • 외부로부터의 비정상적인 접근을 차단하고 내부 네트워크를 보호한다.

최신 아파트는 별도의 모뎀 설치가 필요 없이, 세대 내 통신 단자함에 광케이블을 직접 연결하여 인터넷을 연결한다. FTTH(Fiber to the Home)이라고 하며 모뎀 없이 고속 인터넷 제공이 가능하다는 장점이 있다.

결국, 최근에는 FTTH 혹은 기가 인터넷이 대부분 깔려있기 때문에 중간 모뎀 없이 라우터와 광케이블을 통해 인터넷이 연결된다고 보면 될 것 같다.

 

 

2. 컴퓨터 찾기 (IP 주소와 DNS)

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인터넷망을 통해 컴퓨터끼리 서로 연결이 되었다고 하자. 그럼 각 컴퓨터는 어떻게 서로의 컴퓨터를 구분할까? 이 때 사용하는 것이 바로 IP주소이다. 인터넷 상에 존재하는 모든 컴퓨터는 고유한 IP 주소를 가지고 있다. 이 IP 주소는 네트워크 상에서 컴퓨터를 구분하고 데이터를 주고받기 위해 필수적이다.

• IPv4: 32비트 주소 (예: 192.168.2.10)
• IPv6: 128비트 주소 (예: 2001:0db8:85a3:0000:0000:8a2e:0370:7334)

컴퓨터는 이렇게 부여된 주소를 통해 다른 컴퓨터를 찾아가는데 문제가 없다. 그러나 사람인 우리들의 경우 숫자로 부여된 주소를 기억하기 어렵다. 따라서 ‘도메인 이름’이라고 하는 사람이 읽을 수 있는 IP 주소의 이름을 지정이 가능하다. 예를 들어 ‘google.com’은 IP주소로 ‘173.194.121.32’이다.

 

 

3. 인터넷과 웹

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이제까지 인터넷이 무엇인지 인터넷 동작 원리에 대해 설명하였다. 인터넷은 컴퓨터끼리 서로 통신이 가능하도록 하는 기술적 인프라를 의미한다. 이 인터넷망인 기술적 인프라 위에서 동작하는 서비스가 ‘웹’인 것이다.

 

4. 참고자료

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How does the Internet work? - Learn web development | MDN

 

www.idc-online.com

 

모뎀이란 무엇이며 어떻게 작동합니까?

 

What is an Internet Service Provider?