네트워크 계층 총정리

컴퓨터와 인터넷이 서로 연결되기 위해서는 수많은 데이터가 정해진 경로를 따라 정확하게 이동해야 합니다. 이때 중심적인 역할을 수행하는 것이 바로 ‘네트워크 계층’입니다. 이 계층은 OSI 7계층 가운데 세 번째 단계로, 다양한 기기들이 물리적으로 떨어져 있더라도 데이터를 효율적으로 전달할 수 있도록 도와주는 핵심적인 계층입니다.

네트워크 계층이란 무엇인가요?

네트워크 계층은 전송 계층(4계층)과 데이터 링크 계층(2계층) 사이에 위치하며, 주로 ‘라우팅’과 ‘주소 지정’을 담당합니다. 즉, 보낸 사람이 누구인지, 받는 사람이 어디에 있는지를 파악해 최적의 경로로 데이터를 보내주는 것이죠. 이 계층이 없다면, 인터넷에서 수많은 사용자 간의 데이터가 서로 얽히고 충돌해버릴 수밖에 없습니다.

이 계층은 단순한 연결이 아니라 ‘빠르게 전송’하는 것도 목표로 합니다. 효율적인 네트워크 트래픽 관리와 최적의 경로 탐색을 통해 데이터 전달 속도를 극대화하려는 거죠.

H/S 모델 속 네트워크 계층의 위치와 역할

H/S는 흔히 사용하는 OSI 모델의 다른 표현으로, 각 계층이 하는 일을 단계별로 설명한 모델입니다. 여기서 네트워크 계층은 ‘패키지’를 담당한다고 설명되곤 합니다. 이 말은 정보를 일정한 단위로 나누어 포장한 ‘패킷(packet)’을 의미합니다.

네트워크 계층은 각 패킷이 어디로 가야 할지를 판단하고, 그 경로에 따라 움직이도록 설계합니다. 즉, 데이터를 단순히 ‘보내는 것’이 아니라, 목적지까지 ‘길 안내’를 해주는 역할을 하죠.

라우터의 핵심 – 경로를 선택하는 뇌

라우터(router)는 네트워크 계층에서 가장 중요한 장비 중 하나입니다. 라우터는 수많은 데이터 패킷 중에서 어느 것을 어디로 보낼지를 결정하는 장치입니다. 쉽게 말해, 도로 위의 내비게이션 시스템 같은 존재입니다.

라우터는 네트워크 계층에서 IP 주소를 기준으로 목적지를 판별하며, 데이터가 여러 경로 중 어디로 가야 가장 빠르고 정확하게 도달할지를 계산합니다. 이를 통해 데이터를 ‘빠르게 전송’하고, 네트워크의 혼잡도도 줄여주는 것이죠.

네트워크 계층의 주요 프로토콜

네트워크 계층이 제대로 작동하기 위해서는 여러 가지 프로토콜이 함께 사용됩니다. 그중 대표적인 것이 IP, ICMP, IGMP이며, ARQ와 RARQ 같은 오류 제어 프로토콜도 이 계층과 밀접하게 연관되어 있습니다.

IP – 모든 데이터의 주소표

IP(Internet Protocol)는 네트워크 계층에서 가장 기본이 되는 프로토콜입니다. 이 프로토콜은 각 장치에 고유한 IP 주소를 부여하고, 패킷을 해당 주소로 전달할 수 있도록 합니다. 목적지 주소와 출발지 주소가 패킷 헤더에 함께 포함되어 있어서, 라우터는 이 정보를 기반으로 경로를 설정합니다.

IPv4와 IPv6가 있으며, 현재는 점점 IPv6로 전환되고 있는 추세입니다. 이 주소체계 덕분에 지구상의 거의 모든 기기가 인터넷으로 연결될 수 있게 되었죠.

ICMP – 네트워크 상태를 알려주는 메신저

ICMP(Internet Control Message Protocol)는 말 그대로 네트워크에서 발생하는 여러 가지 오류나 상태 정보를 전달하는 프로토콜입니다. 예를 들어, 어떤 목적지에 도달할 수 없을 때, 혹은 라우터가 너무 바빠 데이터를 처리할 수 없을 때 ICMP 메시지를 전송합니다.

ping 명령어를 입력하면 ICMP를 통해 네트워크 상태를 점검할 수 있는 것도 이 때문입니다. 즉, ICMP는 네트워크의 ‘건강 상태’를 확인하고, 문제를 알려주는 역할을 하죠.

IGMP – 그룹 통신을 가능하게 하다

IGMP(Internet Group Management Protocol)는 하나의 송신자가 여러 명에게 동시에 데이터를 보내는 ‘멀티캐스트(Multicast)’ 통신을 위해 사용됩니다. 예를 들어, 실시간 스트리밍 방송이나 온라인 강의처럼 여러 사용자가 동시에 같은 콘텐츠를 받아야 하는 경우, IGMP는 이를 가능하게 해줍니다.

이 프로토콜은 사용자가 어떤 그룹에 참여하고 있는지를 알려주고, 라우터는 해당 그룹에 속한 사용자에게만 데이터를 전송하게 됩니다. 덕분에 대역폭이 절약되고 네트워크 효율이 높아지게 되죠.

ARQ, RARQ – 데이터 오류를 잡아내는 기술

ARQ(Automatic Repeat reQuest)와 RARQ(Reverse ARQ)는 데이터 통신 중 오류가 발생했을 때 자동으로 재전송을 요청하는 프로토콜입니다. 비록 이들은 전송 계층과도 연관이 있지만, 패킷 손실이나 오류가 잦은 환경에서는 네트워크 계층에서도 중요한 역할을 할 수 있습니다.

ARQ는 데이터를 전송한 후 응답(ACK)을 기다리고, 오류가 감지되면 재요청을 보냅니다. 반면 RARQ는 수신 측에서 오류를 먼저 감지하고, 발신 측에 재전송을 요청하는 방식입니다. 두 방식 모두 신뢰성 있는 데이터 통신을 가능하게 해주는 중요한 장치라 할 수 있습니다.

마치며 – 데이터 길잡이, 네트워크 계층

네트워크 계층은 단순한 데이터 전달이 아니라, ‘어디로 보낼 것인가’를 결정하는 가장 핵심적인 계층입니다. 라우터와 다양한 프로토콜이 함께 움직이며, 수많은 데이터가 전 세계를 돌아다니는 오늘날, 그 역할은 더욱 중요해졌습니다.

우리는 보통 인터넷을 클릭 한 번으로 사용하지만, 그 이면에는 이처럼 치밀하게 설계된 구조가 있다는 것을 이해하면, 네트워크 공부가 더욱 흥미롭게 느껴질 수 있습니다.

PAD 패킷 조립과 분해