[Book] 게임 서버 프로그래밍 교과서 - 2장 컴퓨터 네트워크 (1)

2장 컴퓨터 네트워크

 

1. 컴퓨터 네트워크를 구성하는 기기

컴퓨터 네트워크는 크게 단말기(terminal)와 네트워크 기기로 구성된다.

• 단말기란 통신을 하는 주체를 지칭한다. 즉, 무선 혹은 유선 네트워크 연결 단자를 가진 컴퓨터, 스마트폰을 말한다.
• 단말기는 클라이언트와 서버로 구분하는데, 서버는 클라이언트에서 오는 데이터를 받아서 처리한 후 그 결과를 클라이언트에 회신하는 역할을 한다.

 

기본 구성

 

가장 기본적인 컴퓨터 네트워크 구성은 두 단말기를 직접 네트워크 케이블로 연결하는 것이다.

하지만 이렇게 구성하면 단말기 두 대밖에 작동하지 못한다.

 

LAN

 

대부분은 단말기 사이에 네트워크 스위치라는 기기를 두고 단말기들과 네트워크 케이블(랜선)로 연결하여 구성한다.

이러한 구성을 로컬 지역 네트워크(Local Area Network) 혹은 LAN이라 한다.

• 데이터를 주고받을 때 단말기에서 가운데에 있는 스위치로 데이터를 전달하고 스위치는 다른 단말기로 보낸다.
• 가까운 지역을 묶는 대표적인 컴퓨터 네트워크이다.
• 한정된 지역에서 컴퓨터를 기본으로 하는 전자 기기 간에 자유롭게 정보 교환을 가능하게 한다.

 

그러나 LAN은 몇 가지 문제가 있다.

• 스위치 하나가 연결할 수 있는 단말기 수가 제한되어 있다.
• 단말기들 각각의 주소를 모두 고유하게 만들기 어렵다.

 

이 문제의 해결책 중 하나는 서로 다른 네트워크 기기 간에 연결하는 것이다.

 

WAN

 

이렇게 서로 다른 LAN이 맞물려 연결된 것을 광역 통신망(Wide Area Network) 혹은 WAN이라 한다.

 

 

OSI 모델

컴퓨터 네트워크 통신에 대한 국제 표준이다.

이 표준만 잘 지키면 어떤 기기든, 어떤 형태의 통신 선로를 사용하든 컴퓨터 간 통신을 할 수 있다.

 

• 계층 1 물리: 하드웨어를 다룬다. 예를 들어 보낼 데이터를 어떤 파형의 전류로 보낼지 정의한다.
• 계층 2 데이터 링크: LAN에서 통신이 가능하게 한다.
  • 각 단말기는 고유한 주소를 갖고 있다.
  • 단말기는 데이터를 프레임이라는 단위로 주고받는다. 프레임은 헤더와 페이로드로 구성되어 있는데, 헤더에는 수신자와 송신자가 있고 페이로드에는 단말기가 보내고자 하는 데이터가 있다.

• 계층 3 네트워크: 광역 통신망(WAN)에서 통신이 가능하게 한다.
  
  • 직접 데이터를 건네는 것이 아니라 계층적으로 데이터를 건네주는 방식으로 작동한다. 이러한 일을 담당하는 네트워크 기기를 라우터라 한다. 라우터는 서로 다른 LAN 사이에 컴퓨터 통신을 할 수 있게 하는 장비이다.
  • 데이터는 IP 패킷 형태로 포장되어 전달된다.

라우터 계층에서 데이터 전달

• 계층 4 전송: 상대방에게 데이터가 반드시 가게 한다.
• 계층 5 세션, 계층 6 표현, 계층 7 응용: 응용 프로그램이나 운영체제 안 모듈이 다른 컴퓨터의 응용 프로그램이나 운영체제 모듈과 통신을 하는 동안 논리적 연결 단위나 기능들을 다룬다.

 

2. 인터넷

서로 다른 종류의 많은 스위치와 라우더가 연결되어 지구를 뒤덮고 있다.

이것을 인터넷이라 한다.

 

3. 컴퓨터 네트워크 

스트림(Stream) 형식

스트림이란 데이터의 흐름이다.

두 단말기를 연결한 후 그 연결을 끊기 전까지 한쪽에서 다른 한쪽으로 연결된 데이터 흐름 하나를 말한다.

 

한 단말기에서 보낸 데이터와 다른 한 단말기에서 받은 데이터가 다를 수 있다.

하지만 보낸 데이터를 모두 이어 보면 받은 데이터를 모두 이은 것과 같다.

 

 

따라서 스트림 형식으로 데이터를 송수신할 때, 데이터가 여러 부분으로 나뉘어 있다면 이것을 구분해야 한다.

• 헤더를 붙이는 방식은 어떤 데이터를 보내기 전에 보낼 데이터 크기를 먼저 보내는 방식이다.
• 구분자를 이용하는 방식은 데이터의 시작이나 끝을 알리는 특정 기호를 추가하는 방식이다.

 

헤더와 구분자를 쓰는 방식

 

메시지 형식

메시지는 스트림과 달리 자체적으로 데이터 시작과 끝을 구별할 수 있다.

보낸 개수와 받는 개수가 같으며 보낸 데이터와 받는 데이터의 시작과 끝도 같다.

 

네트워크 게임에서는 특정 시점에서 사건을 알리는 경우가 많다. 그러다 보니 메시지 형식의 데이터 송수신이 보편적이다.

 

IP 패킷

IP 패킷 하나의 크기는 제한되어 있다. 하지만 스트림이나 메시지에는 이러한 제한이 없다.

운영체제에 내장된 네트워크 모듈인 네트워크 스택에서 관리해 주기 때문이다.

 

예를 들어 프로그램이 매우 긴 스트림을 송신할 때 운영체제는 IP 패킷 크기 제한에 맞춰 단편화를 한다. 각 조각은 IP 패킷 하나하나가 되어 송신되고 받는 쪽에서는 이 조각들을 받아 조립한 후 스트림 형태로 복원한다.

 

4. 컴퓨터 네트워크 식별자

컴퓨터 네트워크 식별자, 즉 주소는 인터넷에서 고유하다. 그러나 IP 주소만으로 네트워크 프로그램을 개발하기에는 부족하다. 단말기 안에서 작동하는 프로세스는 여러 개인데, 이 중 누가 보낸 것인지 모르기 때문이다. 한 IP 주소 안에서도 누가 주고받는 것인지 식별하는 역할을 하는 것이 바로 포트(port)이다. 이때 IP 주소와 포트는 'IP주소:포트' 형식으로 표현하며 이를 끝점(endpoint)이라 부른다.

 

 

그리고 IP 주소를 편하게 사용하기 위해 영어 단어 형식의 주소를 사용하는데 이를 호스트 이름이라 한다. 인터넷에 이 호스트 이름을 입력하면 도메인 이름 서버(DNS)에서 IP 주소를 알려준다.

 

5. 컴퓨터 네트워크의 품질과 특성

네트워크 품질 기준 세 가지는 다음과 같다.

• 전송 속도(스루풋): 전송될 수 있는 데이터의 단위 시간당 총량을 의미한다.
• 패킷 유실률: 전송되는 데이터가 중간에 버려지는 비율이다.
• 레이턴시: 전송되는 데이터가 목적지에 도달하는 데 걸리는 시간이다.