[컴퓨터통신] 노드, 링크, 신호

목차 (OPEN)

• 📑 들어가며
• 🟥 노드(Node)
• 🟧 노드 내부 구조
• 🟨 링크(Link)
• 🟩 신호(Signal)
• 🟦 주파수와 파장
• 📚 결론

 

 

 

 

📑 들어가며

네트워크를 공부하다 보면 ‘노드(node)’, ‘링크(link)’, ‘신호(signal)’ 같은 단어가 계속 등장한다.

하지만 막상 이게 구체적으로 무엇을 가리키는지,

그리고 서로 어떻게 연결되어 동작하는지는 직관적으로 떠올리기 어려운 경우가 많다.

 

따라서 이번 포스팅에서는 노드, 링크, 신호란 무엇인지를 시작으로,

단말과 스위치의 역할, 노드 내부에서 데이터가 어떻게 움직이는지,

0과 1이 어떻게 실제 전파나 전선 위의 신호로 바뀌는지를 정리해보고자 한다.

 

 

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🟥 노드(Node)

네트워크를 하나의 커다란 그래프로 본다면,

노드(node)는 그 그래프 위에 찍힌 점에 해당한다.

 

그리고 여기에는 크게 두 가지 위치가 있다.

• 끝에 있는 노드
  • 사용자가 직접 사용하는 장비
  • ex. 내 스마트폰, 내 노트북, 서버, 아이패드 등
  • 이런 것들을 단말(end host)이라고 부른다.
• 중간에 있는 노드
  • 여러 장비를 서로 이어주는 장비
  • ex. 스위치, 라우터, 공유기 등
  • 이런 장비는 패킷을 받아서 다른 쪽으로 전달해 주기 때문에 스위치 / 라우터라고 부른다.

 

여기서 중요한 점은, ‘단말’과 ‘스위치’라는 역할이 영원히 고정되는 것이 아니라는 점이다.

 

예를 들어, 평소에는 내 스마트폰이 그냥 인터넷을 사용하는 단말이었다고 하자.

그런데 내가 스마트폰에서 핫스팟을 켜고, 여기에 아이패드를 연결하면 어떤 일이 생길까?

 

이렇게 되면, 이제 내 스마트폰은 외부 네트워크와 아이패드 사이에서 데이터를 중계해 주는 역할을 하게 된다.

그리고 이 순간, 내 스마트폰은 더이상 단순한 단말이 아니라 라우터처럼 동작하게 되는 것이다.

 

이처럼, 같은 기기라도 상황에 따라 단말이 될 수도 있고,

중간에서 데이터를 전달하는 스위치·라우터 역할을 할 수도 있다.

 

 

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🟧 노드 내부 구조

이제 노드 하나를 확대해서 내부를 들여다보면,
대략 다음과 같은 흐름으로 데이터가 움직인다.

 

 

1. CPU와 메모리에서 데이터 준비

• 애플리케이션(브라우저, 동영상 앱 등)이 보내고 싶은 데이터를 만든다.
• 이 데이터는 먼저 메모리에 저장되고, CPU가 이를 네트워크로 보낼 준비를 한다.

2. I/O 버스(버스)를 통해 NIC로 전달

• 준비된 데이터는 I/O bus(입출력 버스)를 통해 NIC(Network Interface Card, 네트워크 어댑터) 로 전달된다.

3. NIC에서 패킷으로 포장 후 물리적 네트워크로 송출

• NIC는 전달받은 데이터를 패킷 단위로 자르고,
  패킷에 헤더 등의 정보를 붙여 네트워크에서 이해할 수 있는 형식으로 만든다.
• 그리고 이를 전기 신호나 전파 형태로 바꾸어 실제 케이블(유선)이나 공기 중(무선)으로 내보낸다.

4. 반대 방향(수신)

• 외부에서 들어오는 데이터는 역순으로 처리된다.
• 즉, 링크 → NIC → 버스 → 메모리 → CPU 순서로 전달된다.

 

위와 같은 과정을 통해 노드는, 

메모리 속 데이터와 현실 세계의 신호 사이에서 변환과 전달을 담당하는 중간 지점 역할을 하는 것이다.

 

 

📌 참고

NIC에서 발생하는 병목을 해결하기 위해서 NIC를 여러 개 달면,

단순히 NIC에서 발생하던 병목 자체는 해결할 수 있다.

 

그러나 어차피 모든 데이터는 결국 버스와 메모리, CPU를 거쳐야 하기 때문에

노드 내부에서 버스 대역폭, CPU 처리 능력, 메모리 접근 속도 등의 한계에 부딪혀서 병목이 여전히 발생할 가능성이 있다.

 

따라서, 링크가 아무리 빠르고, NIC가 여러 개여도,

노드 내부 자원이 이를 따라오지 못하면 전체 속도는 그 수준에 맞춰서 제한된다.

 

 

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🟨 링크(Link)

링크(link)는 데이터를 전달하기 위한 물리적 매체를 의미한다.

 

유선 링크에는 UTP 케이블(랜선), 광케이블, 동축 케이블 등이 있고,

무선 링크에는 와이파이, LTE/5G, 블루투스 등이 있다.

 

이러한 링크 위에서는 신호만 오갈 뿐이며,

노드 입장에서는 “이 경로를 통해 데이터를 보낼 수 있다”는 의미를 가진다.

 

 

📌 참고

링크의 전송 모드로는 크게 아래의 세 가지가 있다.

• 단방향(simplex): 한 방향으로만 전송
• 반이중(half-duplex): 서로 번갈아서 전송
• 전이중(full-duplex): 서로 동시에 전송

 

 

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🟩 신호(Signal)

지금까지는 데이터를 0과 1로 표현한다고만 이야기했지만,

실제로 네트워크 링크 위를 흐르는 것은 0과 1 그 자체가 아니라 이를 표현한 신호이다.

왜냐하면 디지털 데이터는 그대로 케이블이나 공기 중을 흐를 수 없기 때문에,

반드시 물리적으로 전달 가능한 형태의 신호로 변환되어야 하기 때문이다.

 

그리고 여기에서 중요한 역할을 하는 것이 앞서 봤던 NIC이다.

NIC는 CPU로부터 전달받은 0과 1의 디지털 데이터를 네트워크 링크를 통해 보낼 수 있는 신호로 바꾸어 주는데,

유선 링크라면 전압의 높낮이나 전류 변화 같은 방식으로,

무선 링크라면 전파의 세기나 위상, 주파수 변화 등을 이용하여 특정 규칙에 따라 데이터를 신호로 변환한다.

 

이렇게 변환된 신호는 유선에서는 케이블을 따라 전기 신호로 흐르고,

무선에서는 공기 중으로 전파가 되어 퍼져 나간다.

 

이러한 변환 과정을 우리는 modulation(변조, 인코딩)이라고 한다.

 

그리고 이처럼 디지털 데이터를 물리적 신호로 바꾸는 과정을 modulation(변조, 인코딩)이라고 부른다.

 

 

반대로, 수신 측 노드는 링크를 통해 들어온 신호를 다시 분석하여 원래의 0과 1의 디지털 데이터로 되돌려야 한다.

이 과정이 바로 demodulation(복조, 디코딩)이다.

 

즉, 송신 측에서는 데이터를 신호로 바꾸어 내보내고,

수신 측에서는 그 신호를 다시 데이터로 되돌리는 과정을 반복하며 통신이 이루어진다.

 

 

📌 참고

여기서 NIC 말고 흔히 등장하는 또 다른 장비로 모뎀이 있다.

모뎀(modem)은 mo(dulation)과 dem(odulation)을 합쳐서 만든 이름으로,

말 그대로 신호와 데이터를 서로 변환해 주는 장비이다.

 

앞서 살펴본 NIC 또한 LAN 안에서 데이터를 신호로 바꾸는 역할을 하지만,

모뎀은 이보다 더 넓은 범위에서, 즉 통신사(ISP)와 연결되는 WAN 환경에서 데이터를 해당 신호 규격에 맞게 변환하는 장비이다.

 

결국 NIC와 모뎀은 서로 다른 위치에서 동작하지만,

둘 다 디지털 데이터와 물리 신호를 서로 변환해 준다는 공통된 원리를 바탕으로

네트워크 통신을 가능하게 하는 핵심 요소라고 보면 된다.

 

 

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🟦 주파수와 파장

참고로, 무선 주파수에서는 주파수(f)와 파장(λ)의 관계도 중요하다.

 

기본적으로 wave length(λ) = c / f 이기 때문에

주파수가 높을수록 파장이 짧아지고, 주파수가 낮을수록 파장이 길어진다.

 

이때, 짧은 파장은 더 많은 데이터를 실을 수 있는 대신에 멀리 가기 어렵거나 장애물에 약할 수도 있고,

긴 파장은 멀리 퍼져 나가기는 좋지만, 한 번에 실을 수 있는 정보량에는 제한이 있을 수 있다.

 

이는 파동이 가진 물리적인 특성 때문이다.

 

파장이 짧다는 것은 1초 동안 더 많은 진동을 만들 수 있다는 의미이므로,

신호를 더 세밀하게 변화시킬 수 있고 그만큼 많은 정보를 담을 수 있다.

반면 파장이 길어지면 한 번의 진동이 차지하는 길이가 길어져 신호 변화의 빈도가 줄어들기 때문에

표현할 수 있는 정보량에도 한계가 생긴다.

 

또한 파장이 짧을수록 주변의 벽이나 물체와 크기가 비슷해져 쉽게 산란되고 흡수되기 때문에

멀리 전달되기 어렵고 장애물에도 취약해진다.

반대로 파장이 긴 신호는 작은 장애물에 영향을 잘 받지 않고 넓은 지역까지 퍼져 나갈 수 있지만,

신호 자체가 느리게 변하므로 고속 데이터 전송에는 적합하지 않다.

 

이처럼 무선 통신에서는 멀리 가는 능력과 데이터를 많이 실을 수 있는 능력이 서로 반비례 관계에 있다.

그래서 실제 네트워크에서는 상황에 따라 서로 다른 주파수를 선택하며,
와이파이나 이동통신에서 다양한 주파수 대역을 함께 사용하는 것이다.

 

 

 

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📚 결론

이번 글에서는 노드, 링크, 신호라는 세 가지 키워드를 중심으로
네트워크가 어떻게 구성되고 동작하는지를 단계적으로 정리하였다.

 

이 내용을 정리하면서,
평소 막연히 “인터넷에 데이터를 보낸다”라고만 생각했던 과정 뒤에
노드, 링크, 신호라는 여러 단계와 규칙이 촘촘하게 숨어 있다는 것을 알게 되었고,
앞으로 네트워크를 공부할 때 이 구조를 떠올리며
조금 더 체계적으로 이해할 수 있을 것 같다는 생각이 들었다.