241024 CS 스터디 정리

1. 네트워크의 큰 그림

1) 네트워크의 기본 구조

• 네트워크 기기가 노드이고, 네트워크 기기 간에 정보를 주고받는 유무선의 통신 매체가 간선인 그래프 형태를 띠고 있음

(1) 네트워크 토폴로지

• 네트워크 상에서 노드와 노드 사이의 연결 구조
• 망형, 트리형, 링형, 성형, 버스형(선형) 등이 있음

(2) 호스트

• 네트워크의 가장자리에 있으면서 네트워크를 통해 주고받는 정보를 최초로 송신하고 최종 수신하는 노드
• 주고받는 정보의 방향에 따라 부르는 명칭이 달라짐

• 클라이언트: 요청을 보내는 호스트
• 서버: 응답을 보내는 호스트

(3) 중간 노드

• 중간에 위치한 노드는 호스트가 주고받는 정보들을 원하는 수신지까지 안정적으로 전송하는 역할을 함
• 스위치, 라우터, 공유기 등이 이에 해당

(4) LAN과 WAN

• LAN
  • 근거리 네트워크를 의미
  • 가정이나 기업처럼 비교적 가까운 거리를 연결하는 한정된 공간에서의 네트워크
  • 공유기를 기준으로 구축되어 있으며 LAN 간의 통신도 빈번하게 이루어짐
• WAN
  • 원거리 네트워크를 의미
  • LAN 간 통신이 이루어질 수 있도록 하며 인터넷을 가능하게 만드는 네트워크
  • 일반적으로 ISP라는 인터넷 서비스가 업체가 구축하고 관리함
    ex. KT, LG U+, SKT

2) 두 호스트가 패킷을 주고받는 과정

(1) 패킷

• 네트워크를 통해 송수신되는 데이터의 단위
• 페이로드와 헤더로 구성되나 때로 트레일러라는 정보도 포함됨

• 페이로드: 패킷에서 송수신하고자 하는 데이터
• 헤더, 트레일러: 패킷에 추가되는 부가정보

(2) 주소

• 패킷의 헤더에 명시되는 정보
• 주소가 있어야 올바르게 정보를 주고받을 수 있음
• 대표적으로 IP주소, MAC 주소가 있음

(3) 전송 방식

• 유니캐스트: 송신지, 수신지가 일대일로 메시지를 주고받는 방식

• 브로드캐스트: 브로드캐스트 도메인이라는 전송되는 범위 내에서 해당 네트워크 상의 모든 호스트에게 메시지를 전송하는 방식

• 멀티캐스트: 네트워크 내 동일 그룹에 속한 호스트에게만 전송하는 방식

• 애니캐스트: 네트워크 내 동일 그룹 중 가장 가까운 호스트에게만 전송하는 방식

(4) 프로토콜

• 네트워크에서 통신을 주고받는 노드 간의 합의된 규칙이나 방법
• 프로토콜마다 목적과 특징이 다름

• IP: 네트워크 간 주소를 지정한다는 목적을 가짐
• ARP: IP주소와 MAC주소를 대응시킨다는 목적을 가짐
• HTTPS: HTTP보다 보안 수준이 높음
• TCP: UDP에 비해 신뢰성이 높음

(5) 캡슐화와 역캡슐화

• 캡슐화
  • 패킷의 송신 과정에서 이루어짐
  • 상위 계층으로부터 내려받은 패킷을 페이로드로 삼아 프로토콜의 목적과 특징에 따라 헤더(및 트레일러)에 추가하는 것

• 역캡슐화
  • 패킷의 수신 과정에서 이루어짐
  • 캡슐화 과정에서 붙인 헤더(및 트레일러)를 각 계층에서 확인한 뒤 제거하는 과정

• 각 계층마다 지칭하는 패킷의 이름이 다르므로 유의
  • 물리 계층: 심볼, 비트
  • 데이터 링크 계층: 프레임
  • 네트워크 계층: 패킷, 데이터그램
  • 전송 계층: TCP 기반일 경우 세그먼트, UCP 기반일 경우 데이터그램
  • 그외 상위 계층: 데이터, 메시지

3) 네트워크 참조 모델

• 통신이 이루어지는 단계를 계층적으로 표현
• 패킷을 송신하는 쪽에서는 상위 계층에서 하위 계층으로, 수신하는 쪽에서는 하위 계층에서 상위 계층으로 정보를 보내고 받아들임

(1) OSI 모델

• 국제 표준화 기구에서 만든 네트워크 참조 모델
• 통신 단계를 7개의 계층으로 나눠 OSI 7계층이라고 부름
• 네트워크의 이론적 기술을 목적으로 사용하는 모델

계층 이름	특징
물리	- 최하위 계층 - 비트 신호를 주고받는 계층 - 유무선 통신 매체를 통해 운반하는 계층
데이터 링크	- LAN에 속한 호스트끼리 올바르게 정보를 주고받기 위한 계층 - MAC 주소를 사용하고 물리 계층 통해 주고받는 정보에 오류가 있는지를 확인함
네트워크	- 네트워크 간 통신을 가능하게 하는 계층 - IP 주소를 사용용해 다른 네트워크 간 통신을 주고받는 계층
전송	- 패킷 전송 중 생기는 문제에 대비해 신뢰성 있는 전송을 가능하게 하는 계층 - 포트를 활용해 특정 응용 프로그램과의 연결 다리 역할 수행 - TCP, UDP 프로토콜 사용
세션	- 응용 프로그램 간 연결 상태를 의미하는 세션을 관리하는 계층
표현	- 인코딩, 압축, 암호화와 같은 작업을 수행하는 계층
응용	- 사용자와 가장 밀접하게 닿아 있는 여러 네트워크 서비스를 제공하는 계층 - HTTP, HTTPS, DNS 등 프로토콜 사용

(2) TCP/IP 모델

• 구현과 프로토콜에 중점을 둔 네트워크 참조 모델

계층 이름	특징
네트워크 액세스	- 링크, 네트워크 인터페이스 계층이라고도 함 - OSI 모델 데이터 링크 계층과 유사
인터넷	- OSI 모델의 네트워크 계층과 유사
전송	- OSI 모델의 전송 계층과 유사
응용	- OSI 모델 세션, 표현, 응용 계층과 유사

2. 물리 계층과 데이터 링크 계층

1) 이더넷

• 통신 매체를 통해 신호를 송수신하는 방법, 데이터 링크 계층에서 주고받는 데이터 형식 등이 정의된 기술
• IEEE 802.3이라는 이름으로 국제 표준화된 기술로 현대 대부분의 LAN은 이더넷을 기반으로 구현되어 있음
• 이더넷 표준이 달라지면 통신 매체의 종류를 비롯한 신호 송수신 방법, 최대 지원속도가 달라질 수 있음

2) 이더넷 프레임

• 이더넷 기반의 네트워크에서 주고받는 프레임
• 프리앰블, 송수신지 MAC 주소, 타입/길이, 데이터, FCS 정보를 포함함

(1) 프리앰블

• 송수신지 동기화를 위해 사용되는 8바이트 크기의 정보
• 프리앰블의 첫 7바이트는 10101010, 마지막 바이트는 10101011
• 프리앰블 비트를 통해 현재 이더넷 프레임이 수신되고 있음을 알게 됨

(2) 송수신지 MAC 주소

• 프레임에서 가장 중요한 정보
• 송신지와 수신지를 특정할 수 있는 6바이트 길이의 MAC 주소로 명시됨
• 네트워크를 향하는 통로, 연결 매체와의 연결 지점을 의미하는 네트워크 인터페이스마다 하나씩 부여되는 주소

(3) 타입/길이

• 프레임의 크기를 나타내며 1536 이상이면 타입을 나타냄
• 캡슐화된 상위 계층의 정보를 의미
• 어떤 상위 계층 프로토콜이 캡술화되었는지를 알 수 있음

(4) 데이터

• 페이로드, 즉 상위 계층으로 전달하거나 전달받은 데이터
• 일반적으로 MTU라고 하는 1500바이트 이하로 데이터 필드에 포함될 수 있는 크기가 제한되어 있음

(5) FCS

• 트레일러로 프레임의 오류 여부를 확인하기 위한 필드
• 오류 검출용 값인 CRC가 명시됨
• 전송할 데이터의 CRC값과 전달받은 데이터의 CRC값을 비교해 오류 파악

3) 유무선 통신 매체

(1) 트위스티드 페어 케이블

• 대표적인 유선 매체
• 구리선을 통해 전기적으로 신호를 주고받는 통신 매체
• 카테고리를 통해 그 성능을 파악할 수 있음

• STP: 그물 모양의 철사인 브레이드 실드로 감싸 노이즈를 감소시킨 케이블
• FTP: 그물 모양의 포일인 포일 실드로 감싸 노이즈를 감소시킨 케이블
• UTP: 아무것도 감싸지 않아 구리선만 있는 케이블

(2) 전파

• 대표적인 무선 매체
• 3kHz~3THz 사이의 진동수를 가지는 전자기파
• 와이파이를 사용할 때 주로 활용
• 신호의 간섭을 방지하고자 하위 주파수 대역인 채널로 세분화해 해당 채널 대역에서 무선 통신이 이루어지도록 함

• 와이파이
  • IEEE 802.11이라는 푲ㄴ을 따르는 대중적인 무선 LAN 기술
  • 2.4GHz, 5GHz 대역폭을 주로 사용

4) 네트워크 인터페이스

• 네트워크 상에서 노드와 통신 매체가 연결되는 지점
• 노드와 네트워크 사이의 통로와 같음
• 네트워크 인터페이스마다 물리적 주소인 MAC 주소가 부여됨

(1) NIC

• 네트워크 인터페이스 역할을 담당하는 하드웨어
• 네트워크 인터페이스 카드, 네트워크 어댑터 등 다양한 명칭으로 불림
• 원래 확장 카드 형태의 장비였으나 최근 USB 연결, 메인 보드 내장 등 다양한 형태로 변화함

(2) 역할

• 통신 매체의 신호를 호스트가 이해하는 프레임으로 변환
• 호스트가 이해하는 프레임을 통신 매체의 신호로 변환
• MAC 주소를 토대로 잘못 전송된 패킷이 있는지 확인

5) 허브와 스위치

(1) 허브

• 물리 계층의 대표적인 네트워크 장치
• 여러 대의 호스트를 연결하는 장치
• 리피터 허브라고도 함
• 케이블의 커넥터가 꽂히는 부분이 통신 매체를 연결하는 지점인 포트임

• 전달받은 신호를 조작이나 판단 없이 모든 포트에 내보냄
• 송신 또는 수신을 번갈아 가며 수행하는 통신 방식인 반이중 모드로 통신함

(2) 스위치

• 허브의 한계를 보완하게 위한 네트워크 장비
• MAC 주소 테이블을 생성하고 참조하는 MAC 주소 학습이 가능하므로 전달받은 신호를 목적지 호스트가 연결된 포트로만 내보냄
• VLAN 기능을 통해 하나의 네트워크를 여러 논리적인 네트워크로 나눌 수 있음
• 동시 송수신이 가능한 상태인 전이중 모드로 통신함