🌐 Ⅰ. 컴퓨팅 시스템

1) 네트워크란 무엇일까?

네트워크는 컴퓨터나 디지털 장치들이 라우터와 스위치 같은 유·무선 중계기를 통해 연결되어, 각자 고유한 주소로 서로를 구분하며 데이터를 주고받는 통신망이다.

• 라우터(router): 서로 다른 네트워크를 연결하고, 인터넷 경로 중 가장 효율적인 길을 찾아 준다.
• 스위치(switch): 같은 네트워크 안의 장치들을 연결하고 패킷을 주고받는다.

▲ 실제 모습 — 사진: 위키미디어 공용, 퍼블릭 도메인

① IP 주소

통신할 때 송신자·수신자를 구분하는 고유 주소. IP(Internet Protocol)는 이 주소를 이용해 데이터를 목적지까지 보내기로 약속한 통신 규약이다.

② 도메인 이름과 DNS

휴대폰에 번호 대신 이름을 저장해 두듯, 인터넷에서도 숫자로 된 IP 주소 대신 도메인 이름을 사용한다. DNS(Domain Name System) 서버가 도메인 이름을 실제 IP 주소로 자동 변환해 준다.

도메인 이름이 DNS로 IP 주소가 되고 나면, 같은 네트워크 안에서는 다시 장치 고유 번호인 MAC 주소(48비트, 랜카드에 새겨진 번호)로 상대를 찾는다. 이때 데이터는 아래와 같은 이더넷 프레임에 실려 랜선을 타고 간다. 스위치는 이 프레임의 목적지 MAC 주소를 보고 어느 포트로 내보낼지 정한다.

2) 우리 교실은 어떤 네트워크에 속할까?

서브넷(subnet)은 IP 주소에서 네트워크 영역을 부분적으로 나눈 작은 네트워크다. 위 그림에서 교실 하나하나가 서브넷이며, 이 서브넷들이 모여 더 큰 네트워크를 이룬다.

① 유선 네트워크 vs 무선 네트워크

② 범위에 따른 네트워크 종류

서브넷이 모여 LAN(가장 흔한 단위, 건물·교실 규모)이 되고, LAN이 모여 MAN(도시 규모)이, MAN이 모여 WAN(국가·대륙 규모)이 된다. "인터넷에 접속한다"는 말은 결국 WAN에 접속한다는 뜻이다.

③ 패킷 — 데이터를 잘게 잘라 보내는 이유

패킷(packet)은 네트워크로 전송하기 좋게 데이터를 적당한 크기로 자른 최소 단위다. 통신 매체의 용량 제한과 혼잡도에 따라 패킷마다 다른 경로로 전송될 수 있으며, 각 패킷에는 수신자 주소와 데이터가 담겨 있어 도착 후 순서대로 다시 조립된다.

1) 네트워크 환경은 어떻게 설정할까?

DHCP(Dynamic Host Configuration Protocol)는 사용자가 IP 주소·DNS 서버 주소를 자동으로 할당받게 해 주는 프로토콜이다. 컴퓨팅 시스템마다 IP를 미리 지정하지 않아도, 필요할 때마다 DHCP 서버가 알아서 배정해 준다.

예를 들어 IP 주소 192.168.1.130을 서브넷 마스크 255.255.255.0과 겹쳐 보면, 앞 세 자리(192.168.1)는 네트워크 주소, 마지막 한 자리(130)는 호스트 주소로 나뉜다.

2) 네트워크를 구성하는 장치들

컴퓨팅 시스템은 소프트웨어로 제어하는 모든 기계·전자장치에 데이터와 네트워크 장비까지 아우르는 말이다.

• 랜카드: 외부 네트워크와 가장 먼저 접속하는 장치.
• 스위치: 소규모 네트워크에서 여러 기기를 연결하고 대용량 패킷을 처리한다.
• 라우터: 데이터 패킷이 목적지까지 갈 가장 적절한 경로를 검사·결정한다.

친구에게 파일을 공유할 땐 클라우드(cloud) — 인터넷을 통해 접근 가능한 서버에 자원을 저장해, 언제 어디서든 이용할 수 있게 하는 환경 — 를 주로 쓴다. 윈도·맥OS는 폴더 속성에서 공유 권한을 허용하고, 모바일은 블루투스나 에어드랍(같은 운영체제 간)으로 공유한다.

3) 실습 — 가장 빠른 길로 패킷 보내기

서울(A)에서 보스턴(F)까지 패킷을 보낼 때, 도시들을 거치는 경로마다 걸리는 시간(가중치)이 다르다. 아래 지도에서 A부터 시작해 도시를 차례로 클릭해 F까지 나만의 경로를 만들어 보고, 실제 최단 경로와 비교해 보자.

1) 사물 인터넷이란 무엇일까?

사물 인터넷(IoT: Internet of Things)은 사물에 센서와 통신 기능을 달아, 사물끼리 정보를 주고받으며 원래 기능 이상의 새로운 가치를 만들어 내는 기술이다. 여기서 '사물'은 자동차·집·가전제품·옷·신발까지 네트워크에 연결될 수 있는 모든 것을 뜻한다.

2) 사물 인터넷 시스템은 무엇으로 이루어질까? — DNPC

IoT 시스템은 네 가지 요소로 이루어진다.

대표적인 근거리 통신 기술

3) 동작 원리 — 스마트 화분으로 보는 DNPC 순환

토양수분센서 값이 일정 수준 아래로 떨어지면, 클라우드가 이를 분석해 스마트 기기에 물 줄 시기를 알리고, 사용자가 버튼을 누르면 화분의 물펌프가 작동한다.

1) 개인과 사회는 어떻게 달라질까?

스마트홈은 아침 기상 시간에 맞춰 조명을 켜고, 냉장고가 부족한 재료를 스스로 주문한다. 밖에서도 보일러·CCTV를 조절하고, 스마트워치가 심박수를 확인한다. 하지만 그만큼 그림자도 있다.

2) 직접 설계하기 — 스마트 조명 시스템

문제 상황: 교실에 아무도 없는데 전등이 켜져 있다. 사람의 움직임을 감지해 자동으로 켜고 끄는 조명을 만들어 보자.

인체감지센서(PIR)는 사람 체표면(20~35℃)에서 나오는 적외선 변화를 감지하는 입력 장치다. ESP32는 Wi-Fi·블루투스를 내장한 마이크로컨트롤러로, 34개의 GPIO 핀에 여러 센서·액추에이터를 연결할 수 있어 IoT 시스템에 적합하다.

MicroPython 코드 — 인체 감지로 LED 켜기

# 하드웨어 제어에 필요한 모듈 준비
from machine import Pin
import time

LED = Pin(2, Pin.OUT)      # 2번 핀 = LED 출력
PIR = Pin(13, Pin.IN)      # 13번 핀 = 인체감지센서 입력

while True:
    if PIR.value() == 1:     # 움직임을 감지하면
        LED.value(1)           # LED 켜기
    else:
        LED.value(0)           # LED 끄기

🎯 이 단원의 핵심 질문

• 가장 효율적인 네트워크 경로를 어떻게 구성할 수 있을까? → IP 주소·서브넷·라우터로 연결하고, 패킷은 상황에 따라 최적 경로를 찾는다.
• 사물 인터넷 시스템으로 개인의 삶과 사회는 어떻게 변화하고 있을까? → 스마트홈부터 스마트시티·스마트팜까지, 편리함과 함께 보안·소외 문제도 함께 고민해야 한다.

🧭 진로 이야기 — 사물 인터넷 개발자

전자제품을 원격으로 제어하는 프로그램을 만드는 직업이다. 전자기술·데이터과학·네트워크·인공지능처럼 계속 변화하는 첨단 기술을 다루기 때문에, 새로운 것을 배우려는 열정이 특히 중요하다. 과거엔 사람과 사람을 잇는 통신 기술이 중심이었다면, 앞으로는 사람과 수많은 사물이 함께 연결되는 초연결 시대가 열리는 만큼 전망이 밝은 분야다.

📋 한눈에 정리

✔️ 역량 체크